Go 中 map 的底层结构和扩容机制

1. map 的底层结构

Go 中的 map 是基于哈希表实现的，其底层由两个核心结构体组成：hmap 和 bmap。

• hmap：是 map 的头部结构，包含以下字段：

  • count：当前 map 中的键值对数量。

  • B：桶的数量指数，2^B 是当前桶的数量。

  • buckets：指向当前桶数组的指针。

  • oldbuckets：扩容时，指向旧桶数组的指针。

  • nevacuate：记录扩容进度。

  • extra：存储额外信息（如溢出桶等）。

• bmap：是存储键值对的桶结构，每个桶最多存储 8 个键值对。桶内通过哈希值的高位和低位来定位键值对。

2. 扩容机制

当 map 中的元素数量增加时，为了维持高效的存取性能，map 会自动触发扩容操作。扩容机制的核心步骤如下：

2.1 触发扩容的条件

1. 负载因子超过阈值：负载因子是指 map 中元素数量与桶数量的比值。当负载因子超过 6.5 时，会触发扩容。

2. 溢出桶过多：当某个桶的溢出链表过长时，也会触发扩容。

2.2 扩容过程

1. 创建新桶数组：新桶数组的大小通常是旧桶数组的两倍。

2. 渐进式迁移：Go 采用渐进式扩容策略，即每次插入或删除操作时，会迁移部分桶中的数据。这种策略可以避免一次性迁移所有数据导致的性能抖动。

3. 重新哈希：将旧桶中的键值对重新计算哈希值，并迁移到新桶中。

2.3 扩容的细节

• 扩容时，旧桶中的键值对会根据新的哈希值重新分配到新桶中。

• 如果某个键值对被删除，其对应的桶不会立即清理，而是标记为 emptyOne，以避免在扩容时重新插入。

• 每次插入或删除操作时，都会调用 growWork 函数，逐步完成扩容。

3. 扩容的优化

• 渐进式扩容：避免一次性迁移所有数据，减少性能抖动。

• 负载因子：通过合理的负载因子（如 6.5），在性能和空间利用率之间取得平衡。

4. 注意事项

• 线程安全：Go 的 map 不是线程安全的。在并发环境中，需要通过锁（如 sync.Mutex）来保证并发安全。

• 内存布局：由于 map 可能会扩容，其键值对的内存地址可能会发生变化。