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原创 frank Golang语言开发栈 昨天
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01
介绍
关于 golang 语言的 map,已经在「Go 基础」系列文章中介绍过,文末会附上文章链接,建议还没有阅读的读者阅读。我们知道 map 的键必须支持判等操作,本文我们主要讨论的话题是 golang 语言的 map 键类型怎么选择,和 map 是并发安全的吗?
02
golang 原生 map 键类型选择
在 golang 语言中,map 可以看作是一个 hash 表,其中 hash 的 key 的类型是受限的,而 val 的类型可以是任意类型。hash 表持有一定数量的 hash 桶, hash 桶均匀存储 hash 表的 key-val 键值对。
在 hash 表中查找某个 key 的 val,我们需要传递 key 给这个 hash 表,在 golang 语言的 map 中,hash 表会先使用 hash 函数把 key 转换为 hash 值,hash 表通过 hash 值的低几位去查找 hash 桶,然后在去查找到的 hash 桶中查找 key,因为 key-val 键值对是成对存储的,所以找到 key 就找到了 val。
现在我们知道,key 是由转换的 hash 值代表的,所以在 golang 语言的 map 中,存储的是 hash 值。
有了上面知识的铺垫,我们回到 map 的键为什么必须支持判等操作的问题上,这是因为我们前面提到的,golang 的 key 是被转换为 hash 值,和 val 成对存储在 hash 桶中,也就是说 golang 需要先定位到一个 hash 桶,然后使用 key 转换的 hash 值与该 hash 桶中存储的 hash 值逐一比对,如果没有相等的,直接返回结果,如果有相等的,就再用 key 本身去比对一次,原因是为了避免 hash 碰撞,只有 hash 值和 key 比对都相等,证明查找到了 key-val 键值对。所以,大家应该明白为什么 golang 语言中 map 的 key 必须支持判等了吧。
接下来,我们讨论一下在 golang 语言中,哪些类型不支持判等操作呢?golang 语言的func
、map
和slice
不支持判等操作,所以它们不能用作 map 的 key。
此外,在 golang 中还有一个空接口类型interface{}
,它可以保存任意类型的值,所以如果空接口类型保存上述三种不支持判等操作的类型,会发生什么问题呢?
func main() {
m1 := map[interface{}]string{
1: "A",
"2": "B",
[]int{}: "C",
}
fmt.Println(m1)
}
Output:
go run main.go
panic: runtime error: hash of unhashable type []int
goroutine 1 [running]:
main.main()
/Users/frank/Desktop/go-concurrent/lesson09/map-key/main.go:8 +0x145
exit status 2
阅读上面的代码,我们将 slice
作为 interface{}
的值,用作 map 的 key,golang 编译器并没有提示错误,但是在运行时引发 panic。我们知道,golang 作为静态语言,其中一个好处就是可以在编译期间及时发现错误,而空接口类型作为 map 的 key 时,即使使用不支持判等操作的类型作为空接口的值,也不会引发编译器错误,而是在运行时引发 panic,这就失去了 golang 编译错误检查的优势,所以我们尽量不要使用空接口类型作为 map 的 key 类型,或者我们可以确保空接口保存的值的类型是支持判等操作的。
此外,数组类型也和空接口类型存在相同的问题,即如果 map 的 key 的类型是数组类型,我们需要确保数组元素的类型不是func
、map
和 slice
。
03
构建并发安全的 map
golang 语言的 map 不是并发安全的,即在同一段时间,使用多个 goroutine 操作同一个 map是不安全的。
var m = make(map[int]int)
func main () {
for i := 0; i < 3; i++ {
go store(i, i)
go load(i)
}
time.Sleep(time.Millisecond * 100)
fmt.Println(m)
}
func store(key,val int) {
m[key] = val
}
func load(key int) int {
return m[key]
}
Output:
go run main.go
fatal error: concurrent map writes
goroutine 8 [running]:
runtime.throw(0x10ca6a2, 0x15)
/usr/local/go/src/runtime/panic.go:1117 +0x72 fp=0xc000055760 sp=0xc000055730 pc=0x10327f2
runtime.mapassign_fast64(0x10b1f80, 0xc000100180, 0x1, 0x0)
/usr/local/go/src/runtime/map_fast64.go:101 +0x33e fp=0xc0000557a0 sp=0xc000055760 pc=0x1010c3e
main.store(0x1, 0x1)
/Users/frank/Desktop/go-concurrent/lesson09/map/main.go:24 +0x45 fp=0xc0000557d0 sp=0xc0000557a0 pc=0x10a3525
runtime.goexit()
/usr/local/go/src/runtime/asm_amd64.s:1371 +0x1 fp=0xc0000557d8 sp=0xc0000557d0 pc=0x10645c1
created by main.main
/Users/frank/Desktop/go-concurrent/lesson09/map/main.go:16 +0x4c
goroutine 1 [sleep]:
time.Sleep(0x5f5e100)
/usr/local/go/src/runtime/time.go:193 +0xd2
main.main()
/Users/frank/Desktop/桌面 - 魏如博的MacBook Pro/go-concurrent/lesson09/map/main.go:19 +0x89
exit status 2
阅读上面这段代码,我们发现通过多个 goroutine 操作同一 map,运行时引发致命错误 fatal error: concurrent map writes
,并且 goroutine 数量越多,出错几率越大。
我们可以使用原生 map,配合 sync 包的 Mutex 和 RWMutex 构建并发安全的 map。
// 构建并发安全的 map
type safeMap struct {
m map[int]int
sync.RWMutex
}
// 构造函数
func newSafeMap() *safeMap {
sm := new(safeMap)
sm.m = make(map[int]int)
return sm
}
// 写
func (s *safeMap) store (key, val int) {
s.Lock()
s.m[key] = val
s.Unlock()
}
// 读
func (s *safeMap) load (key int) int {
s.RLock()
val := s.m[key]
s.RUnlock()
return val
}
func main () {
sm := newSafeMap()
for i := 0; i < 10; i++ {
go sm.store(i, i)
go sm.load(i)
}
time.Sleep(time.Millisecond * 100)
fmt.Println(sm.m)
}
Output:
go run main.go
map[0:0 1:1 2:2 3:3 4:4 5:5 6:6 7:7 8:8 9:9]
阅读上面这段代码,我们通过 RWMutext 和原生 map,实现并发安全的 map。
04
golang 并发安全 map
即便可以通过使用锁和原生 map,构建并发安全的 map。golang 用户还是希望官方可以发布一个标准的并发安全 map,经过 golang 用户多年在社区的吐槽,官方在 golang 1.9 版本加入了并发安全 map - sync.Map
。
type Map
func (m *Map) Delete(key interface{})
func (m *Map) Load(key interface{}) (value interface{}, ok bool)
func (m *Map) LoadAndDelete(key interface{}) (value interface{}, loaded bool)
func (m *Map) LoadOrStore(key, value interface{}) (actual interface{}, loaded bool)
func (m *Map) Range(f func(key, value interface{}) bool)
func (m *Map) Store(key, value interface{})
sync.Map
提供了一些读写操作方法,并且时间复杂度都是 O(1)
,它与使用锁构建并发安全 map 的区别是,它通过尽可能避免使用锁,从而减少了锁的争用。
通过阅读 sync.Map
的源码,可以发现它的方法的参数都是 interface{}
空接口类型的,我们在前面也提到了,map 的 key 类型需要支持判等操作,不能使用 func
、map
和 slice
用作 map 的 key 类型。因为这些类型不能被编译器提示错误,只能在运行时引发 panic,所以我们仍然要特别注意 sync.Map
类型的 key 类型。
var m sync.Map
func main () {
for i := 0; i < 10; i++ {
go store(i, i)
go load(i)
}
time.Sleep(time.Millisecond * 100)
m.Range(list)
}
func store (key, val int) {
m.Store(key, val)
}
func load (key int) interface{} {
if val, ok := m.Load(key); ok {
return val
}
return nil
}
func list (key, val interface{}) bool {
fmt.Printf("key:%d=>val:%d\n", key, val)
return true
}
Output:
key:2=>val:2
key:3=>val:3
key:0=>val:0
key:6=>val:6
key:1=>val:1
key:4=>val:4
key:5=>val:5
key:7=>val:7
key:8=>val:8
key:9=>val:9
阅读上面的代码,我们可以发现使用官方提供的 sync.Map
,可以更方便地实现并发安全的 map。
05
总结
本文我们讨论了 map 的键类型怎么选择,和 map 是并发安全的吗?介绍了 map 的键类型为什么需要支持判等操作,通过示例代码,证明原生 map 不是并发安全的,并且介绍怎么通过使用 sync 包的锁和原生 map 构建并发安全的 map,还介绍了官方提供的并发安全的 map - sync.Map
。而且强调了 sync.Map
的键类型也需要支持判等操作。
推荐阅读:
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参考资料:
https://golang.org/pkg/sync/#Map