一文帶你深入探究Go語(yǔ)言中的sync.Map

第一文帶你深入探究Go語(yǔ)言中的sync.Map目錄1.Map的基本實(shí)現(xiàn)原理2.sync.Map的實(shí)現(xiàn)原理2.1sync.Map的結(jié)構(gòu)體定義2.2sync.Map的讀取實(shí)現(xiàn)2.3sync.Map的寫(xiě)入實(shí)現(xiàn)2.4sync.Map的刪除實(shí)現(xiàn)2.5sync.Map的遍歷實(shí)現(xiàn)在Go語(yǔ)言中，有一個(gè)非常實(shí)用的并發(fā)安全的Map實(shí)現(xiàn)：sync.Map，它是在Go1.9版本中引入的。相比于標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中的map，它的最大特點(diǎn)就是可以在并發(fā)情況下安全地讀寫(xiě)，而不需要加鎖。在這篇博客中，我們將深入探討sync.Map的基本原理，幫助讀者更好地理解并使用這個(gè)并發(fā)安全的Map。

1.Map的基本實(shí)現(xiàn)原理

在介紹sync.Map的基本實(shí)現(xiàn)原理之前，我們需要先了解一下Go語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中的map實(shí)現(xiàn)原理。在Go中，map是基于哈希表實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)我們向map中添加元素時(shí)，它會(huì)根據(jù)key計(jì)算出一個(gè)哈希值，然后將這個(gè)值映射到一個(gè)桶中。如果該桶中已經(jīng)有了元素，它會(huì)遍歷桶中的元素，查找是否已經(jīng)存在相同的key，如果存在就更新對(duì)應(yīng)的值，否則就添加一個(gè)新的鍵值對(duì)。

下面是一個(gè)簡(jiǎn)單的map示例：

m:=make(map[string]int)

m["a"]=1

m["b"]=2

fmt.Println(m["a"])//Output:1

當(dāng)我們運(yùn)行這段代碼時(shí)，Go語(yǔ)言會(huì)自動(dòng)幫我們分配一個(gè)哈希表和若干個(gè)桶，然后將鍵值對(duì)添加到對(duì)應(yīng)的桶中。這樣，當(dāng)我們需要訪問(wèn)某個(gè)key對(duì)應(yīng)的值時(shí)，Go語(yǔ)言會(huì)根據(jù)哈希值快速定位到對(duì)應(yīng)的桶，然后遍歷桶中的元素，查找是否有相同的key，如果找到了就返回對(duì)應(yīng)的值。

2.sync.Map的實(shí)現(xiàn)原理

sync.Map是Go語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中的一個(gè)并發(fā)安全的Map實(shí)現(xiàn)，它可以在并發(fā)情況下安全地讀寫(xiě)，而不需要加鎖。那么，它是如何實(shí)現(xiàn)這種并發(fā)安全性的呢？下面我們就來(lái)一步步地解析sync.Map的實(shí)現(xiàn)原理。

2.1sync.Map的結(jié)構(gòu)體定義

首先，讓我們來(lái)看一下sync.Map的結(jié)構(gòu)體定義：

typeMapstruct{

musync.Mutex

readatomic.Value//readOnly

dirtymap[interface{}]interface{}

missesint

dirtyLockeduintptr

}

從上面的代碼中可以看出，sync.Map的實(shí)現(xiàn)主要是依賴于一個(gè)互斥鎖（sync.Mutex）和兩個(gè)map（read和dirty）。其中，read和dirty的作用分別是什么呢？我們先來(lái)看一下read的定義：

typereadOnlystruct{

mmap[interface{}]interface{}

amendedbool

}

可以看到，read只有一個(gè)成員m，它是一個(gè)map類型。而amended則表示read中的鍵值對(duì)是否被修改過(guò)。接下來(lái)，我們來(lái)看一下dirty的定義：

typedirtystruct{

mmap[interface{}]interface{}

dirtymap[interface{}]bool

missesint

}

和read不同的是，dirty中包含了兩個(gè)map：m和dirty。其中，m存儲(chǔ)了被修改過(guò)的鍵值對(duì)，而dirty則存儲(chǔ)了哪些鍵值對(duì)被修改過(guò)。

2.2sync.Map的讀取實(shí)現(xiàn)

在sync.Map中，讀取操作非常簡(jiǎn)單，直接從readOnly中的m中查找即可。如果readOnly中的鍵值對(duì)被修改過(guò)，則需要從dirty中查找。讀取操作的實(shí)現(xiàn)代碼如下：

func(m*Map)Load(keyinterface{})(valueinterface{},okbool){

read,_:=m.read.Load().(readOnly)

value,ok=read.m[key]

if!okread.amended{

m.mu.Lock()

read,_=m.read.Load().(readOnly)

value,ok=read.m[key]

if!okread.amended{

value,ok=read.m[key]

m.mu.Unlock()

return

}

在這段代碼中，我們首先從readOnly中的m中查找鍵值對(duì)。如果鍵值對(duì)不存在且readOnly中的鍵值對(duì)被修改過(guò)，則需要獲取互斥鎖，并重新從readOnly中查找。如果還是沒(méi)有找到，那么就從dirty中查找。

2.3sync.Map的寫(xiě)入實(shí)現(xiàn)

在sync.Map中，寫(xiě)入操作需要分兩步完成。首先，我們需要判斷readOnly中的鍵值對(duì)是否被修改過(guò)，如果沒(méi)有被修改過(guò)，則直接將鍵值對(duì)添加到readOnly中的m中即可。否則，我們需要獲取互斥鎖，然后將鍵值對(duì)添加到dirty中的m中，并將對(duì)應(yīng)的鍵添加到dirty中的dirty中。寫(xiě)入操作的實(shí)現(xiàn)代碼如下：

func(m*Map)Store(key,valueinterface{}){

read,_:=m.read.Load().(readOnly)

ifv,ok:=read.m[key];!ok!read.amended{

m.mu.Lock()

read,_=m.read.Load().(readOnly)

ifv,ok:=read.m[key];!ok{

read=readOnly{m:read.m,amended:true}

read.m[key]=value

m.read.Store(read)

m.mu.Unlock()

}else{

m.mu.Lock()

dirty:=m.dirtyLocked!=0

if!dirty{

m.dirtyLocked=1

m.dirty=make(map[interface{}]interface{})

m.dirty[key]=value

if!ok{

m.dirty[key]=value

m.dirty[key]=true

ifdirty{

m.mu.Unlock()

return

m.read.Store(readOnly{m:read.m,amended:true})

m.mu.Unlock()

}

在這段代碼中，我們首先從readOnly中的m中查找鍵值對(duì)。如果鍵值對(duì)不存在且readOnly中的鍵值對(duì)沒(méi)有被修改過(guò)，則需要獲取互斥鎖，并重新從readOnly中查找。如果還是沒(méi)有找到，則將鍵值對(duì)添加到readOnly中的m中，并將amended設(shè)置為true。否則，我們需要獲取互斥鎖，并將鍵值對(duì)添加到dirty中的m中，并將對(duì)應(yīng)的鍵添加到dirty中的dirty中。如果dirty中已經(jīng)存在該鍵，則只需要更新dirty中的鍵值即可。如果dirty中沒(méi)有該鍵，則需要在dirty中添加該鍵，并將該鍵的dirty置為true。

接下來(lái)，我們需要判斷dirty是否被鎖定。如果dirty被鎖定，則直接退出函數(shù)。否則，我們需要將readOnly中的amended設(shè)置為true，并將readOnly存儲(chǔ)回read中。

2.4sync.Map的刪除實(shí)現(xiàn)

在sync.Map中，刪除操作也需要分兩步完成。首先，我們需要判斷readOnly中的鍵值對(duì)是否被修改過(guò)，如果沒(méi)有被修改過(guò)，則直接從readOnly中的m中刪除鍵值對(duì)即可。否則，我們需要獲取互斥鎖，然后將鍵添加到dirty中的dirty中，并將dirty中的對(duì)應(yīng)鍵的值設(shè)置為false。刪除操作的實(shí)現(xiàn)代碼如下：

func(m*Map)Delete(keyinterface{}){

read,_:=m.read.Load().(readOnly)

if_,ok:=read.m[key];ok||read.amended{

m.mu.Lock()

read,_=m.read.Load().(readOnly)

if_,ok:=read.m[key];ok||read.amended{

ifm.dirty==nil{

m.dirty=make(map[interface{}]interface{})

m.dirty[key]=false

m.dirty[key]=true

m.read.Store(readOnly{m:read.m,amended:true})

m.mu.Unlock()

}

在這段代碼中，我們首先從readOnly中的m中查找鍵值對(duì)。如果鍵值對(duì)存在或者readOnly中的鍵值對(duì)被修改過(guò)，則需要獲取互斥鎖，并重新從readOnly中查找。如果還是沒(méi)有找到，則將鍵添加到dirty中的dirty中，并將dirty中的對(duì)應(yīng)鍵的值設(shè)置為false。接下來(lái)，我們需要判斷dirty是否為nil，如果為nil，則需要將dirty初始化為一個(gè)空map。然后，我們將鍵添加到dirty中，并將dirty中的對(duì)應(yīng)鍵的值設(shè)置為true。最后，我們將readOnly中的amended設(shè)置為true，并將readOnly存儲(chǔ)回read中。

2.5sync.Map的遍歷實(shí)現(xiàn)

在sync.Map中，遍歷操作需要將readOnly和dirty中的所有鍵值對(duì)進(jìn)行合并，并返回所有未被刪除的鍵值對(duì)。遍歷操作的實(shí)現(xiàn)代碼如下：

func(m*Map)Range(ffunc(key,valueinterface{})bool){

read,_:=m.read.Load().(readOnly)

ifread.amended{

m.mu.Lock()

read,_=m.read.Load().(readOnly)

ifread.amended{

read=readOnly{

m:merge(read.m,m.dirty),

read.amended=false

m.read.Store(read)

m.dirty=nil

m.mu.Unlock()

fork,v:=rangeread.m{

if!f(k,v){

break

funcmerge(m1,m2map[interface{}]interface{})map[interface{}]interface{}{

iflen(m1)==0len(m2)==0{

returnnil

iflen(m1)==0{

returnm2

iflen(m2)==0{

returnm1

m:=make(map[interface{}]interface{})

fork,v:=rangem1{

m[k]=v

fork,v:=rangem2{

if_,ok:=m[k];!ok||!v.(bool){

m[k]=v

returnm

}

在這段代碼中，我們首先從readOnly中獲取所有的鍵值對(duì)，并檢查是否有鍵值對(duì)被修改過(guò)。如果鍵值對(duì)被修改過(guò)，則需要獲取互斥鎖，并將readOnly和dirty中的鍵值對(duì)合并，然后將合并后的鍵值對(duì)存儲(chǔ)回readOnly中，并將dirty設(shè)置為nil。接下來(lái)，我們遍歷readOnly中的所有鍵值對(duì)，并調(diào)用f函數(shù)來(lái)處理鍵值對(duì)。如果f函數(shù)返回false，則遍歷過(guò)程結(jié)束