0、引言
相信大家对Map这个数据结构都不陌生，像C++的map、Java的HashMap。各个语言的底层实现各有不同，在本篇博客中，我将分享个人对Go的map实现的理解，以及深入源码进行分析，相信耐心看完一定会收获不少。
1、宏观结构
相信大家对于map的基本使用都不陌生，Golang中的map是不允许并发写操作的，这里的写指代的是宏观意义上的“写”，包括了更新、插入、删除操作。当发生了并发写时，程序会抛出fatal，这是一个非常严重的错误，会直接中断程序的进行，因此对于同一个map，它不应该被共享到多个协程中。
我们可以通过以下代码来验证：
func main() { hm := map[int]int{1: 1, 2: 2, 3: 3} for i := 4; i <= 9999; i++ { go func(num int) { hm[i] = i }(i) } } 程序很快就会报错，因为我们有多个协程同时对map进行写入操作。
那么map是怎么保存键值对的呢？
首先，我们得知道map的宏观结构，Go对map的设计采用了桶的思想，有一组组桶来装KV对，并且规定一个桶只能装8个KV对。
例如我们把KV1和KV2放在桶1中，KV3放在桶2中。假如我们有很多个KV对，只要桶够多，把它们分散在各个桶中，那么就能将O(N)的时间复杂度缩小到O(N/bucketsNum)了，只要给定合适的桶数，时间复杂度就≈O(1)。
于是，我们要解决两个问题：
- 如何找到一个KV对对应的桶？
- 如何保证桶平均下来的KV对数目都是合理的呢？
1.1、如何找到桶？
1、对于第一个问题，采取的措施是使用哈希映射来解决。
假如我们有这样一个函数，它可以使得对于任意长度的输入，都压缩到一个固定长度的输出，并且对于相同的输入，输出必定是一样的。这样子的函数叫做哈希函数，即hash func。具体的可以去网上了解。那么在Go中，它会先求出每个KV的hash值，例如对于一个键值对「“Hello”：“World”」，求出它的hash值为100111101，那么只要对桶数取模即可找到对应的桶了。
对此，我们对hash函数的选取需要有一定的要求，它必须满足以下的性质：
- hash的可重入性：相同的key，必定产生相同的hash值
- hash的离散性：只要两个key不相同，不论相似度的高低，产生的hash值都会在整个输出域内均匀地离散化
- hash的单向性：不可通过hash值反向寻找key
但是，根据hash的性质，因为输入是无限的，但是输出的长度却是固定有限的，所以必然会存在两个不同的key通过映射到了同一个hash值的情况上，这种情况称之为hash冲突。对于Go对hash冲突采取的策略，将会在下文提及。
1.2、如何保证桶平均的KV对数目是合理的？
对于这个问题，我们必须采取一个措施来量化目前的存储状况是否合理。在Go中，引入了负载因子（Load Factor）的概念，对于一个map，假如存在count个键值对，2^B个桶，那么它必须满足以下方程：「count <=LoadFactor*(2^B)」，当count的值超过这个界限，就会引发map的扩容机制。LoadFactor在Go中，一般取值为6.5。
1.3、桶结构
一个map会维护一个桶数组，桶数组中含有多个桶，每个桶可以存放八个键值对，以及一个指向其溢出桶的指针。用图表示如下：
对于一个桶，含有八个槽位（slot），一个槽位可以放置一对键值对以及它的hash值。在桶的末尾含有一个overflow指针，指向它的溢出桶。
针对哈希冲突，采取的措施主要有两种：
- 拉链法：将多个命中到同一个桶的键值对，按照插入顺序依次存放在桶中。
- 开放寻址法：对于命中到同一个桶的多个键值对，采取向后寻找，知道找到空的桶再将值放入其中
我们来对比两种策略的优点：
| 方法 | 优点 |
|---|---|
| 拉链法 | 简单常用，容易实现，无需事先分配空间 |
| 开放寻址法 | 无需额外的内存来存放指针，存放的元素在内存上基本连续 |
显然，Go采取的是拉链法，桶数组中的每一个桶，严格来说应该是一个链表结构的桶数组，它通过overflow指针链接上了下一个溢出桶，使得多个键值对能存放在同一个桶中。若当前桶八个槽位都满了，就开辟一个新的溢出桶，放置在溢出桶里面。
1.4、数据结构定义
结构定义如下：
type hmap struct { count int // # live cells == size of map. Must be first (used by len() builtin) flags uint8 B uint8 // log_2 of # of buckets (can hold up to loadFactor * 2^B items) noverflow uint16 // approximate number of overflow buckets; see incrnoverflow for details hash0 uint32 // hash seed buckets unsafe.Pointer // array of 2^B Buckets. may be nil if count==0. oldbuckets unsafe.Pointer // previous bucket array of half the size, non-nil only when growing nevacuate uintptr // progress counter for evacuation (buckets less than this have been evacuated) extra *mapextra // optional fields } count：标识当前map的键值对数量flags：标识当前map的状态B：2^B为map目前的总桶数noverflow：溢出桶数量hash0：哈希因子buckets：指向桶数组oldbuckets：扩容时存储旧的桶数组nevacuate：待完成数据迁移的桶下标extra：存储预分配的溢出桶
mapextra的定义如下：
type mapextra struct { overflow *[]*bmap oldoverflow *[]*bmap nextOverflow *bmap } overflow：指向新的预分配溢出桶数组oldoverflow：指向旧的预分配溢出桶数组nextoverflow：指向下一个可被使用的溢出桶
而bmap是一个桶的具体实现，源码如下：
type bmap struct { tophash [bucketCnt]uint8 } 虽然在数据定义上，只含有一个tophash，但是在内存上，可以通过直接计算得出下一个槽的位置，以及overflow指针的位置。所以为了便于理解，它的实际结构如下：
type bmap struct { tophash [bucketCnt]uint8 keys [bucketCnt]T values [bucketCnt]T overflow unsafe.Pointer } 接下来，让我们步入map的主干流程，了解它的机制实现。
2、主干流程
2.1、map的创建与初始化
//makemap为make(map[k]v,hint)实现Go映射创建 func makemap(t *maptype, hint int, h *hmap) *hmap { mem, overflow := math.MulUintptr(uintptr(hint), t.Bucket.Size_) if overflow || mem > maxAlloc { hint = 0 } // initialize Hmap if h == nil { h = new(hmap) } h.hash0 = uint32(rand()) // Find the size parameter B which will hold the requested # of elements. // For hint < 0 overLoadFactor returns false since hint < bucketCnt. B := uint8(0) for overLoadFactor(hint, B) { B++ } h.B = B //若B==0，那么buckets将会采取懒创建的策略，会在未来要写map的方法mapassign中创建。 if h.B != 0 { var nextOverflow *bmap h.buckets, nextOverflow = makeBucketArray(t, h.B, nil) if nextOverflow != nil { h.extra = new(mapextra) h.extra.nextOverflow = nextOverflow } } return h } （1）makemap首先根据预分配的容量大小hint进行分配容量，若容量过大，则会置hint为0；
mem, overflow := math.MulUintptr(uintptr(hint), t.Bucket.Size_) if overflow || mem > maxAlloc { hint = 0 } math.MulUintptr实现如下：
func MulUintptr(a, b uintptr) (uintptr, bool) { if a|b < 1<<(4*goarch.PtrSize) || a == 0 { return a * b, false } overflow := b > MaxUintptr/a return a * b, overflow } 返回的两个值为：
- 计算二值的乘积
a*b - 乘积是否溢出
如果a|b的二进制表示，没有超过1<<(4*goarch.PtrSize)，那么它们的乘积也不会溢出。在64位操作系统中，goarch.PtrSize的大小为8。否则，则通过a*b>MaxUintptr来判断，MaxUintptr为2^64-1.
（2）通过new方法，初始化hmap
// initialize Hmap if h == nil { h = new(hmap) } （3）通过rand()生成一个哈希因子
h.hash0 = uint32(rand()) （4）获取哈希表的桶数量的对数B。（注意这里并不是直接计算log_2_hint，是要根据负载因子衡量桶的数量）
B := uint8(0) for overLoadFactor(hint, B) { B++ } h.B = B Go中存在一个特别的参数即“负载因子”，它用于衡量哈希表的填充程度，负载因子越高，哈希表的空间利用率越高，但冲突的概率也会变大，性能可能下降。在Go中，该因子值为6.5。
func overLoadFactor(count int, B uint8) bool { return count > bucketCnt && uintptr(count) > loadFactorNum*(bucketShift(B)/loadFactorDen) } 在这里，bucketCnt为8。若count<=8，则直接返回false，只需要将键值对放在一个桶中即可。否则，计算当前的哈希表的容量*负载因子，若count的数量＞这个值，将会扩容哈希表，即增大B。
假如count为60，那么B最终为4。
（5）若B!=0，初始化哈希表，使用makeBucketArray方法构造桶数组。
if h.B != 0 { var nextOverflow *bmap h.buckets, nextOverflow = makeBucketArray(t, h.B, nil) if nextOverflow != nil { h.extra = new(mapextra) h.extra.nextOverflow = nextOverflow } } 如果map的容量过大，会提前申请一批溢出桶。
2.1.1、makeBucketArray方法
func makeBucketArray(t *maptype, b uint8, dirtyalloc unsafe.Pointer) (buckets unsafe.Pointer, nextOverflow *bmap) { //初始桶数量 base := bucketShift(b) //最终桶数量，初始和base相同 nbuckets := base //溢出桶预分配 if b >= 4 { nbuckets += bucketShift(b - 4) //计算分配的总内存大小 sz := t.Bucket.Size_ * nbuckets //将内存大小向上对齐到合适的大小，是内存分配的一个优化。 up := roundupsize(sz, t.Bucket.PtrBytes == 0) if up != sz { //调整桶数量，使得内存被充分利用 nbuckets = up / t.Bucket.Size_ } } if dirtyalloc == nil { //分配nbuckets个桶 buckets = newarray(t.Bucket, int(nbuckets)) } else { //复用旧的内存 buckets = dirtyalloc size := t.Bucket.Size_ * nbuckets if t.Bucket.PtrBytes != 0 { memclrHasPointers(buckets, size) } else { memclrNoHeapPointers(buckets, size) } } if base != nbuckets { //如果base和nbuckets的数量不同，说明预分配了溢出桶，需要设置溢出桶链表 //指向第一个可用的预分配溢出桶，计算出溢出桶的起始位置 nextOverflow = (*bmap)(add(buckets, base*uintptr(t.BucketSize))) //最后一个预分配的溢出桶的位置 last := (*bmap)(add(buckets, (nbuckets-1)*uintptr(t.BucketSize))) //将最后一个溢出桶的指针设置为buckets，形成一个环形链表，用于后面的分配判断 last.setoverflow(t, (*bmap)(buckets)) } return buckets, nextOverflow } makeBucketArray方法会根据初始的对数B来判断是否需要分配溢出桶。若B>=4，则需要预分配的溢出桶数量为2^(B-4)。确定好桶的总数后，会根据dirtyalloc是否为nil来判断是否需要新开辟空间。最后会返回指向桶数组的指针以及指向首个溢出桶位置的指针。
当最后返回到上层的makemap方法中，最终创造出的map结构如图：
2.2、map的读流程
2.2.1、读流程步骤总览
大致流程如下：
1、检查表是否为nil，或者表是否没有元素，若是则直接返回零值。
2、若处在并发写状态，则会导致程序崩溃（fatal）。
3、计算key对应的hash值，并且定位到对应的桶上。
4、若数据在旧桶，且数据没有迁移到新桶中，就在旧桶查找，否则在新桶中查找。
5、外层遍历桶数组的每个桶，内层遍历桶的每个kv对，找到了就返回value，否则返回零值
2.2.2、源码跟进mapaccess1
func mapaccess1(t *maptype, h *hmap, key unsafe.Pointer) unsafe.Pointer { //... if h == nil || h.count == 0 { if err := mapKeyError(t, key); err != nil { panic(err) // see issue 23734 } return unsafe.Pointer(&zeroVal[0]) } if h.flags&hashWriting != 0 { fatal("concurrent map read and map write") } hash := t.Hasher(key, uintptr(h.hash0)) m := bucketMask(h.B) b := (*bmap)(add(h.buckets, (hash&m)*uintptr(t.BucketSize))) if c := h.oldbuckets; c != nil { if !h.sameSizeGrow() { // There used to be half as many buckets; mask down one more power of two. m >>= 1 } oldb := (*bmap)(add(c, (hash&m)*uintptr(t.BucketSize))) if !evacuated(oldb) { b = oldb } } top := tophash(hash) bucketloop: for ; b != nil; b = b.overflow(t) { for i := uintptr(0); i < bucketCnt; i++ { if b.tophash[i] != top { if b.tophash[i] == emptyRest { break bucketloop } continue } k := add(unsafe.Pointer(b), dataOffset+i*uintptr(t.KeySize)) if t.IndirectKey() { k = *((*unsafe.Pointer)(k)) } if t.Key.Equal(key, k) { e := add(unsafe.Pointer(b), dataOffset+bucketCnt*uintptr(t.KeySize)+i*uintptr(t.ValueSize)) if t.IndirectElem() { e = *((*unsafe.Pointer)(e)) } return e } } } return unsafe.Pointer(&zeroVal[0]) } （1）若哈希表为空，或不存在键值对，则会返回零值。在此之前，会检查key是否合法，非法会触发panic。
if h == nil || h.count == 0 { if err := mapKeyError(t, key); err != nil { panic(err) // see issue 23734 } return unsafe.Pointer(&zeroVal[0]) } （2）若存在并发写map，会立刻报错，使得程序停止运行。flags的第3个bit位标识map是否处于并发写状态。
hashWriting = 4 // a goroutine is writing to the map 4->100 if h.flags&hashWriting != 0 { fatal("concurrent map read and map write") } （3）计算key的hash值，并且对桶数量取模，定位到具体的桶。取模运算为x & (mod-1)，只有mod为2的幂时可以加速。
hash := t.Hasher(key, uintptr(h.hash0)) m := bucketMask(h.B) b := (*bmap)(add(h.buckets, (hash&m)*uintptr(t.BucketSize))) （4）检查是否存在旧桶，存在旧桶且数据未搬迁完成则去旧桶中找key，否则在新桶找。
if c := h.oldbuckets; c != nil { //c!=nil，说明旧桶未完成迁移（rehash） if !h.sameSizeGrow() { //是否是等量扩容 //如果不是等量扩容，调整 hash 掩码（mask） m >>= 1 } oldb := (*bmap)(add(c, (hash&m)*uintptr(t.BucketSize)))//计算旧桶地址 if !evacuated(oldb) { //检查旧桶是否已搬迁 b = oldb //未搬迁则数据有效 } } 在取旧桶的时候，会根据evacuated判断数据是否已经迁移到新的桶：判断方法是取桶首个元素的tophash值，若值为2,3,4中的一个，代表数据已经迁移完成。
const emptyOne = 1 const evacuatedX = 2 const evacuatedY = 3 const evacuatedEmpty = 4 const minTopHash = 5 func evacuated(b *bmap) bool { h := b.tophash[0] return h > emptyOne && h < minTopHash } （5）取key的hash值的高8位值top，若值<5则累加5，避开0~4，这些值会用于枚举，存在一些特殊的含义。
top := tophash(hash) func tophash(hash uintptr) uint8 { top := uint8(hash >> (goarch.PtrSize*8 - 8)) if top < minTopHash { top += minTopHash } return top } （6）外层b遍历每一个桶，内层遍历b中的每一个kv对，对比每一个kv对的tophash值是否和要查询的key的top值是否相同进行查找。
for ; b != nil; b = b.overflow(t) { for i := uintptr(0); i < bucketCnt; i++ { //... } } 若两个hash值不同，并且桶中的当前键值对的tophash为0，表示后续没有元素，直接退出循环返回零值。否则检查下一个kv。
if b.tophash[i] != top { if b.tophash[i] == emptyRest { break bucketloop } continue } 若找到了，就根据内存偏移找到对应的value并且返回。注意：会调用key.Equal方法具体检查要读的key和当前key是否一样，避免因为哈希冲突导致读取了错误的value。
k := add(unsafe.Pointer(b), dataOffset+i*uintptr(t.KeySize)) if t.IndirectKey() { k = *((*unsafe.Pointer)(k)) } if t.Key.Equal(key, k) { e := add(unsafe.Pointer(b), dataOffset+bucketCnt*uintptr(t.KeySize)+i*uintptr(t.ValueSize)) if t.IndirectElem() { e = *((*unsafe.Pointer)(e)) } return e } 否则最终返回0值。
return unsafe.Pointer(&zeroVal[0]) 2.3、map的写流程
2.3.1、写流程步骤总览
大致流程如下：
-
1、若表为nil，则panic，若处在并发写，则fatal
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2、获取key的hash值，用于校验是否已经存在，需要覆盖
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3、设置处于写状态
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4、懒创建buckets，若B==0，则buckets会在第一次写的时候创建
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5、根据hash定位到具体的bucket中，若表处在扩容阶段则调用
growWork辅助扩容；创建三个拟插入位置指针，分别存储要插入的tophash、key、value的位置。（作用是若遇见空位置，就存储，然后要继续看是否存在相同的key要覆盖。） -
6、遍历该桶的每一个kv，会遇到两种情况：
- 若当前槽位的tophash和要插入的键值对的tophash不相同，那么检查是否是空槽，是则更新拟存储指针；若当前槽位是空槽，会继续检查对后面是否存在kv的标识，若后面全是空槽了，就可以直接退出了不必继续遍历。
- 若相同，那就直接进行覆盖操作，更新完成直接到第10步进行收尾。
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7、如果我们没有找到要插入的位置，或者要插入的位置是当前桶的最后一个槽位，检查以下条件决定是否进行扩容：
Count+1 > loadfactor * 2^h.B，即总键值对 > 负载因子*总桶数h.noverflow > threshold：如果 溢出桶过多，说明冲突严重，也要扩容。
发生扩容后，刚刚的记录就无效了，重新到第5步。
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8、若不扩容，且没有插入的位置（没有空槽，也没有覆盖），就新创建一个新桶，连接到当前桶的后面作为溢出桶，插入到新桶的第一个位置上。这个新桶可以是新分配的，也可以是一开始创建表就预分配的（优先）。
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9、对拟插入的位置进行实际的插入
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10、收尾，再次检查是否处在并发写状态，是则fatal，否则重置写状态标识，然后退出。
2.3.2、源码跟进mapassign
func mapassign(t *maptype, h *hmap, key unsafe.Pointer) unsafe.Pointer { if h == nil { panic(plainError("assignment to entry in nil map")) } //... if h.flags&hashWriting != 0 { fatal("concurrent map writes") } hash := t.Hasher(key, uintptr(h.hash0)) // Set hashWriting after calling t.hasher, since t.hasher may panic, // in which case we have not actually done a write. h.flags ^= hashWriting if h.buckets == nil { h.buckets = newobject(t.Bucket) // newarray(t.Bucket, 1) } again: bucket := hash & bucketMask(h.B) if h.growing() { growWork(t, h, bucket) } b := (*bmap)(add(h.buckets, bucket*uintptr(t.BucketSize))) top := tophash(hash) var inserti *uint8 var insertk unsafe.Pointer var elem unsafe.Pointer bucketloop: for { for i := uintptr(0); i < bucketCnt; i++ { if b.tophash[i] != top { if isEmpty(b.tophash[i]) && inserti == nil { inserti = &b.tophash[i] insertk = add(unsafe.Pointer(b), dataOffset+i*uintptr(t.KeySize)) elem = add(unsafe.Pointer(b), dataOffset+bucketCnt*uintptr(t.KeySize)+i*uintptr(t.ValueSize)) } if b.tophash[i] == emptyRest { break bucketloop } continue } k := add(unsafe.Pointer(b), dataOffset+i*uintptr(t.KeySize)) if t.IndirectKey() { k = *((*unsafe.Pointer)(k)) } if !t.Key.Equal(key, k) { continue } // already have a mapping for key. Update it. if t.NeedKeyUpdate() { typedmemmove(t.Key, k, key) } elem = add(unsafe.Pointer(b), dataOffset+bucketCnt*uintptr(t.KeySize)+i*uintptr(t.ValueSize)) goto done } ovf := b.overflow(t) if ovf == nil { break } b = ovf } // Did not find mapping for key. Allocate new cell & add entry. // If we hit the max load factor or we have too many overflow buckets, // and we're not already in the middle of growing, start growing. if !h.growing() && (overLoadFactor(h.count+1, h.B) || tooManyOverflowBuckets(h.noverflow, h.B)) { hashGrow(t, h) goto again // Growing the table invalidates everything, so try again } if inserti == nil { // The current bucket and all the overflow buckets connected to it are full, allocate a new one. newb := h.newoverflow(t, b) inserti = &newb.tophash[0] insertk = add(unsafe.Pointer(newb), dataOffset) elem = add(insertk, bucketCnt*uintptr(t.KeySize)) } // store new key/elem at insert position if t.IndirectKey() { kmem := newobject(t.Key) *(*unsafe.Pointer)(insertk) = kmem insertk = kmem } if t.IndirectElem() { vmem := newobject(t.Elem) *(*unsafe.Pointer)(elem) = vmem } typedmemmove(t.Key, insertk, key) *inserti = top h.count++ done: if h.flags&hashWriting == 0 { fatal("concurrent map writes") } h.flags &^= hashWriting if t.IndirectElem() { elem = *((*unsafe.Pointer)(elem)) } return elem } （1）错误处理：map为空则panic，并发写则出发fatal。
if h == nil { panic(plainError("assignment to entry in nil map")) } //... if h.flags&hashWriting != 0 { fatal("concurrent map writes") } hash := t.Hasher(key, uintptr(h.hash0)) （2）标识map处在写的状态，并且懒创建桶。
h.flags ^= hashWriting if h.buckets == nil { h.buckets = newobject(t.Bucket) // newarray(t.Bucket, 1) } （3）获取当前key对应的桶的桶索引
bucket := hash & bucketMask(h.B) （4）若发现当前map处在扩容状态，则帮助其渐进扩容。具体在下文中提及。
if h.growing() { growWork(t, h, bucket) } （5）进行地址偏移，定位到具体的桶b
b := (*bmap)(add(h.buckets, bucket*uintptr(t.BucketSize))) （6）计算tophash
top := tophash(hash) （7）提前声明三个指针，用于指向存放kv对槽位
var inserti *uint8 //tophash拟插入位置 var insertk unsafe.Pointer //key拟插入位置 var elem unsafe.Pointer //value拟插入位置 （8）开启循环，和读流程类似，外层遍历桶，内层遍历桶的每个位置。
for { for i := uintptr(0); i < bucketCnt; i++ { //... } b = ovf } （9）若key的tophash和当前槽位的tophash不相同，则进行以下的检查：
- 若该槽位是空的，那么就将kv拟插入在这个位置（先记录），因为可能存在相同的key在后面的桶中。
- 若槽位当前位置
tophash标识为emptyRest（0），则标识从当前槽位开始往后的槽位都是空的，就不用继续遍历了，直接退出bucketloop。（说明可以插入在此位置了）
if b.tophash[i] != top { if isEmpty(b.tophash[i]) && inserti == nil { inserti = &b.tophash[i] insertk = add(unsafe.Pointer(b), dataOffset+i*uintptr(t.KeySize)) elem = add(unsafe.Pointer(b), dataOffset+bucketCnt*uintptr(t.KeySize)+i*uintptr(t.ValueSize)) } if b.tophash[i] == emptyRest { break bucketloop } continue } （10）否则说明找到了相同的key，需要进行覆盖操作。更新完成后跳到done，执行收尾流程。注意：会调用key.Equal方法具体检查要写的key和当前key是否一样，避免因为哈希冲突导致原来不同的kv对被错误的覆盖。
k := add(unsafe.Pointer(b), dataOffset+i*uintptr(t.KeySize)) if t.IndirectKey() { k = *((*unsafe.Pointer)(k)) } if !t.Key.Equal(key, k) { continue } // already have a mapping for key. Update it. if t.NeedKeyUpdate() { typedmemmove(t.Key, k, key) } elem = add(unsafe.Pointer(b), dataOffset+bucketCnt*uintptr(t.KeySize)+i*uintptr(t.ValueSize)) goto done （11）倘若没有相同的key，也没有剩余的空间了，则会考虑执行扩容模式，完成后再回到agian的位置重新桶定位以及遍历流程。
// 如果达到负载因子上限，或者溢出桶过多，则扩容 if !h.growing() && (overLoadFactor(h.count+1, h.B) || tooManyOverflowBuckets(h.noverflow, h.B)) { hashGrow(t, h) goto again // Growing the table invalidates everything, so try again } 触发扩容的条件：
h.count+1 > loadFactor * 2^h.B：如果当前map达到负载因子上限，需要扩容。h.noverflow > threshold：如果 溢出桶过多，说明冲突严重，也要扩容。h.growing()：检查是否 已经在扩容，如果已经在扩容，就不会触发新的扩容。
（12）若不执行扩容操作，也没有找到插入的位置，则新创建一个溢出桶，将kv拟插入在溢出桶的第一个位置。
if inserti == nil { // The current bucket and all the overflow buckets connected to it are full, allocate a new one. newb := h.newoverflow(t, b) inserti = &newb.tophash[0] insertk = add(unsafe.Pointer(newb), dataOffset) elem = add(insertk, bucketCnt*uintptr(t.KeySize)) } 创建新桶操作如下：
func (h *hmap) newoverflow(t *maptype, b *bmap) *bmap { var ovf *bmap //若表存在预分配溢出桶，则直接使用预分配的溢出桶。 if h.extra != nil && h.extra.nextOverflow != nil { if ovf.overflow(t) == nil { // 不是最后一个预分配的溢出桶，直接移动 `nextOverflow` 指针 h.extra.nextOverflow = (*bmap)(add(unsafe.Pointer(ovf), uintptr(t.BucketSize))) } else { // 这是最后一个预分配的溢出桶，重置 overflow 指针 ovf.setoverflow(t, nil) h.extra.nextOverflow = nil } } else { //创建一个新的溢出桶 ovf = (*bmap)(newobject(t.Bucket)) } //更新 h.noverflow 计数，跟踪 map 目前有多少个溢出桶。 h.incrnoverflow() if t.Bucket.PtrBytes == 0 { //如果map只存储基本数据类型 h.createOverflow() //创建overflow记录表 *h.extra.overflow = append(*h.extra.overflow, ovf) //记录新的溢出桶 } b.setoverflow(t, ovf) //把ovf连接到b这个桶的overflow指针 return ovf } 这里存在一个十分容易混淆的点：请注意，在最开始的makeBucketArray方法中，我们提及到了只有最后一个溢出桶它才设置了overflow指针，对于前面的溢出桶，overflow指针是nil，所以可以根据这个特性来判断当前的溢出桶是不是最后一个溢出桶。
用图来表示，每个桶经过了多次溢出桶扩展后的表状态，如下：
（13）在拟插入位置实际插入kv
// store new key/elem at insert position if t.IndirectKey() { kmem := newobject(t.Key) *(*unsafe.Pointer)(insertk) = kmem insertk = kmem } if t.IndirectElem() { vmem := newobject(t.Elem) *(*unsafe.Pointer)(elem) = vmem } typedmemmove(t.Key, insertk, key) *inserti = top h.count++ （14）收尾流程，再次校验是否处在并发写，有则抛出fatal，否则将标记重置，然后退出。
done: if h.flags&hashWriting == 0 { fatal("concurrent map writes") } h.flags &^= hashWriting if t.IndirectElem() { elem = *((*unsafe.Pointer)(elem)) } return elem 2.4、map的删流程
2.4.1、删流程步骤总览
删流程步骤大致如下：
- 1、若表为nil或者不存在元素，则直接返回；若处在并发写则fatal
- 2、获取key的哈希因子，根据哈希值找到对应的桶
- 3、若表处在扩容阶段，则利用
growWork辅助扩容 - 4、开始遍历查找要删除的元素，若没找到则直接退出查找流程，找到了则将值清为0值
- 5、若表的结构如：「值1——空——空——空——删除值——后全空——后全空」的结构，则需要向前回溯，将值1后的所有
slot都置为emptyRest状态。 - 6、若删除后，表的count为0，则更新hash因子，避免哈希碰撞攻击。
- 7、再次校验是否处在并发写，处在将fatal，否则重置写标识
2.4.2、源码跟进mapdelete
func mapdelete(t *maptype, h *hmap, key unsafe.Pointer) { //... if h == nil || h.count == 0 { if err := mapKeyError(t, key); err != nil { panic(err) // see issue 23734 } return } if h.flags&hashWriting != 0 { fatal("concurrent map writes") } hash := t.Hasher(key, uintptr(h.hash0)) // Set hashWriting after calling t.hasher, since t.hasher may panic, // in which case we have not actually done a write (delete). h.flags ^= hashWriting bucket := hash & bucketMask(h.B) if h.growing() { growWork(t, h, bucket) } b := (*bmap)(add(h.buckets, bucket*uintptr(t.BucketSize))) bOrig := b top := tophash(hash) search: for ; b != nil; b = b.overflow(t) { for i := uintptr(0); i < bucketCnt; i++ { if b.tophash[i] != top { if b.tophash[i] == emptyRest { break search } continue } k := add(unsafe.Pointer(b), dataOffset+i*uintptr(t.KeySize)) k2 := k if t.IndirectKey() { k2 = *((*unsafe.Pointer)(k2)) } if !t.Key.Equal(key, k2) { continue } // Only clear key if there are pointers in it. if t.IndirectKey() { *(*unsafe.Pointer)(k) = nil } else if t.Key.PtrBytes != 0 { memclrHasPointers(k, t.Key.Size_) } e := add(unsafe.Pointer(b), dataOffset+bucketCnt*uintptr(t.KeySize)+i*uintptr(t.ValueSize)) if t.IndirectElem() { *(*unsafe.Pointer)(e) = nil } else if t.Elem.PtrBytes != 0 { memclrHasPointers(e, t.Elem.Size_) } else { memclrNoHeapPointers(e, t.Elem.Size_) } b.tophash[i] = emptyOne // If the bucket now ends in a bunch of emptyOne states, // change those to emptyRest states. // It would be nice to make this a separate function, but // for loops are not currently inlineable. if i == bucketCnt-1 { if b.overflow(t) != nil && b.overflow(t).tophash[0] != emptyRest { goto notLast } } else { if b.tophash[i+1] != emptyRest { goto notLast } } for { b.tophash[i] = emptyRest if i == 0 { if b == bOrig { break // beginning of initial bucket, we're done. } // Find previous bucket, continue at its last entry. c := b for b = bOrig; b.overflow(t) != c; b = b.overflow(t) { } i = bucketCnt - 1 } else { i-- } if b.tophash[i] != emptyOne { break } } notLast: h.count-- // Reset the hash seed to make it more difficult for attackers to // repeatedly trigger hash collisions. See issue 25237. if h.count == 0 { h.hash0 = uint32(rand()) } break search } } if h.flags&hashWriting == 0 { fatal("concurrent map writes") } h.flags &^= hashWriting } （1）错误处理：当表为nil或者不存在元素，则直接返回；若处在并发写状态则fatal
if h == nil || h.count == 0 { if err := mapKeyError(t, key); err != nil { panic(err) // see issue 23734 } return } if h.flags&hashWriting != 0 { fatal("concurrent map writes") } （2）获取key的hash，并且标识表为写状态
hash := t.Hasher(key, uintptr(h.hash0)) // Set hashWriting after calling t.hasher, since t.hasher may panic, // in which case we have not actually done a write (delete). h.flags ^= hashWriting （3）若表正在扩容，则调用growWork辅助扩容。通过hash值映射到对应的桶b。
bucket := hash & bucketMask(h.B) if h.growing() { growWork(t, h, bucket) } b := (*bmap)(add(h.buckets, bucket*uintptr(t.BucketSize))) bOrig := b top := tophash(hash) （4）进入桶的遍历，外层遍历桶，内层遍历每个kv对
for ; b != nil; b = b.overflow(t) { for i := uintptr(0); i < bucketCnt; i++ { //... } } （5）若当前槽位的tophash和需要查找的不相同，则检查后面是否还有元素；有元素就继续进行查找，没有就直接退出，表示想删除的元素不存在。
if b.tophash[i] != top { if b.tophash[i] == emptyRest { break search } continue } （6）否则，说明找到了对应的key，进行删除操作，具体包括了：
- 查找
key并找到存储位置 - 清除
key和value（包括直接清零或nil指针）。 - 更新
tophash，标记该槽位为空（EmptyOne）。
注意：会调用key.Equal方法具体检查要删除的key和当前key是否一样，避免因为哈希冲突导致原来不同的kv对被错误的删除。
k := add(unsafe.Pointer(b), dataOffset+i*uintptr(t.KeySize)) k2 := k if t.IndirectKey() { k2 = *((*unsafe.Pointer)(k2)) } if !t.Key.Equal(key, k2) { continue } // Only clear key if there are pointers in it. if t.IndirectKey() { *(*unsafe.Pointer)(k) = nil } else if t.Key.PtrBytes != 0 { memclrHasPointers(k, t.Key.Size_) } e := add(unsafe.Pointer(b), dataOffset+bucketCnt*uintptr(t.KeySize)+i*uintptr(t.ValueSize)) if t.IndirectElem() { *(*unsafe.Pointer)(e) = nil } else if t.Elem.PtrBytes != 0 { memclrHasPointers(e, t.Elem.Size_) } else { memclrNoHeapPointers(e, t.Elem.Size_) } b.tophash[i] = emptyOne （7）检查当前删除的桶的元素是否是桶的最后一个元素：
- 若是，若该桶的后面还存在溢出桶，并且溢出桶非空则跳过清理环节，进入收尾阶段
- 若不是，检查后面是否还有元素，有元素也跳过清理环节。（通过检查下一个
slot的标识是否为emptyRest）
if i == bucketCnt-1 { if b.overflow(t) != nil && b.overflow(t).tophash[0] != emptyRest { goto notLast } } else { if b.tophash[i+1] != emptyRest { goto notLast } } 否则，说明后面没有更多的元素了，需要向前回溯，将最后一个元素的槽位后面的所有槽位都设置为emptyRest状态，优化未来的流程。
回溯流程：
- 先将当前桶从当前的删除元素一个个往前走，遇到是
emptyOne的就修改为emptyRest - 当到达第一个元素并且也为空时，回溯到上一个桶的末尾，重复流程
- 遇到非空元素，完成所有回溯并且退出。
for { b.tophash[i] = emptyRest if i == 0 { if b == bOrig { break // beginning of initial bucket, we're done. } // Find previous bucket, continue at its last entry. c := b for b = bOrig; b.overflow(t) != c; b = b.overflow(t) { } i = bucketCnt - 1 } else { i-- } if b.tophash[i] != emptyOne { break } } （8）收尾流程，将map的元素计数器count-1，若count为0，则更新哈希因子。
notLast: h.count-- // Reset the hash seed to make it more difficult for attackers to // repeatedly trigger hash collisions. See issue 25237. if h.count == 0 { h.hash0 = uint32(rand()) } break search } 为什么要更新哈希因子？
让攻击者无法利用相同的哈希因子
h.hash0构造出一组导致严重哈希碰撞的key，从而保护map免受拒绝服务（DoS）攻击。
（9）最后的校验是否处在并发写状态，是则fatal，然后再更新状态标识
if h.flags&hashWriting == 0 { fatal("concurrent map writes") } h.flags &^= hashWriting 3、扩容机制
3.1、扩容类型
Gomap的扩容方式分为两种：
- 等量扩容（Same-Size-Grow）：如果
map的溢出桶过多，导致查找性能下降，说明KV分布不均匀，此时就会触发等量扩容，哈希表的桶数不会改变，但会重新分配K-V对的位置，目的是减少溢出桶的数量，增加KV的密度，让数据能平均分布。 - 增量扩容（Double-Size-Grow）：如果负载因子超标「count/2^B > loadFactor」，即KV对的数目超过了一定上限，就会触发增量扩容，使得Buckets数量翻倍，让所有的KV对重新分配在新的桶数组中，目的是减少K-V对的密度，降低每个桶的KV数量，优化查询时间。
为什么说等量扩容是增加密度呢？
我们想，既然count是合理的，但是当前map导致了溢出桶过多，那么只可能是经过了多次删除操作，导致出现了很多空位，例如「A——空——空——空——B」，这样子每次查找就很耗时了，于是等量扩容需要重新分配KV对的位置变为「A——B」，让数据更加紧凑。
3.2、扩容触发
在之前的写流程中，提及到以下代码会触发map的扩容：
if !h.growing() && (overLoadFactor(h.count+1, h.B) || tooManyOverflowBuckets(h.noverflow, h.B)) { hashGrow(t, h) goto again // Growing the table invalidates everything, so try again } 只有当map不处在扩容中，并且满足以下两个条件之一，触发扩容：
-
负载因子超标：当KV对的数目超过桶的数目，并且「KV对数目/桶数 > 负载因子」时，发生扩容
overLoadFactor(h.count+1, h.B) func overLoadFactor(count int, B uint8) bool { return count > bucketCnt && uintptr(count) > loadFactorNum*(bucketShift(B)/loadFactorDen) } -
溢出桶过多：当溢出桶数量>桶数组的数量（B最大取15），则发生扩容
func tooManyOverflowBuckets(noverflow uint16, B uint8) bool { if B > 15 { B = 15 } return noverflow >= uint16(1)<<(B&15) }
3.3、扩容流程前置
进入hashGrow方法，观察扩容流程
func hashGrow(t *maptype, h *hmap) { bigger := uint8(1) if !overLoadFactor(h.count+1, h.B) { bigger = 0 h.flags |= sameSizeGrow } oldbuckets := h.buckets newbuckets, nextOverflow := makeBucketArray(t, h.B+bigger, nil) flags := h.flags &^ (iterator | oldIterator) if h.flags&iterator != 0 { flags |= oldIterator } // commit the grow (atomic wrt gc) h.B += bigger h.flags = flags h.oldbuckets = oldbuckets h.buckets = newbuckets h.nevacuate = 0 h.noverflow = 0 if h.extra != nil && h.extra.overflow != nil { // Promote current overflow buckets to the old generation. if h.extra.oldoverflow != nil { throw("oldoverflow is not nil") } h.extra.oldoverflow = h.extra.overflow h.extra.overflow = nil } if nextOverflow != nil { if h.extra == nil { h.extra = new(mapextra) } h.extra.nextOverflow = nextOverflow } （1）标识是否为等量扩容，若是等量扩容bigger置0，否则将map的flag的二进制第4位置1标识处在等量扩容阶段。
bigger := uint8(1) if !overLoadFactor(h.count+1, h.B) { bigger = 0 h.flags |= sameSizeGrow } （2）不论如何，发生扩容，那么当前的桶数组就会变成旧的桶数组了，于是将map的oldbuckets指针指向它，然后创建一个新的桶数组。
oldbuckets := h.buckets newbuckets, nextOverflow := makeBucketArray(t, h.B+bigger, nil) （3）更新一些map的标识，包括：
- 处于
range的iterator标识，若处在遍历中，则需要标识olditerator - 新map的桶数、完成数据迁移的桶数、溢出桶的桶数等
flags := h.flags &^ (iterator | oldIterator) if h.flags&iterator != 0 { flags |= oldIterator } // commit the grow (atomic wrt gc) h.B += bigger h.flags = flags h.oldbuckets = oldbuckets h.buckets = newbuckets h.nevacuate = 0 h.noverflow = 0 （4）将原本的可用预分配溢出桶赋值给h.extra.oldoverflow，将新分配的桶数组的新预分配溢出桶赋值给h.extra.nextOverflow
if h.extra != nil && h.extra.overflow != nil { // Promote current overflow buckets to the old generation. if h.extra.oldoverflow != nil { throw("oldoverflow is not nil") } h.extra.oldoverflow = h.extra.overflow h.extra.overflow = nil } if nextOverflow != nil { if h.extra == nil { h.extra = new(mapextra) } h.extra.nextOverflow = nextOverflow } 最后根据注释，我们知道Go的map扩容实际流程会通过growWork和evacuate方法渐进式地完成。
// the actual copying of the hash table data is done incrementally // by growWork() and evacuate(). 3.4、渐进式扩容、源码实现
Go对map的扩容策略采取的是渐进式扩容（Incrementally Grow），避免一次将所有旧数据迁移至新map引发性能抖动。
迁移规则如下：
- 若是等量扩容，那么新桶数组的长度与旧桶数组长度一致，让数据更加紧凑，从而减少溢出链长度
- 若是等量扩容，旧桶的数据迁移到的新桶中，它们桶的下标在桶数组中是一致的。例如旧桶0—迁移至—>新桶0
- 若是增量扩容，会根据旧数据KV对的hash值，来判断是否要进行桶的偏移。
- 因为一个KV对，要通过hash值来映射到对应的桶中，当桶的数量翻倍之后，对应的对数指标B也会加一，因此取模映射会发生改变。例如，一个KV对的hash值原本是111，原本桶的数量为4，那么B=2，取模运算为：「111 & (1<<2 - 1) = 111 & 11 = 11 = 3」，所以这个KV对会被存放在桶3中。当发生了增量扩容后，B增一为3，此时对于同一个hash值，它的取模变成了：「111 & (1<<3 - 1) = 111 & 111 = 111 = 7」，偏移了4个桶。对于增量扩容的转移，就是通过这个方式来判断旧的KV对应该被放在新的哪一个桶中，假如它原本在第i个桶，原本含有j个桶，那么迁移后它只可能在第i个桶或者第i+j个桶中。
当每次触发写、删操作的时候，会为处于map的两组桶的数据完成迁移：
- 一组是当前写、删操作所命中的桶
- 一组是未迁移的桶中，索引最小的那个桶
func growWork(t *maptype, h *hmap, bucket uintptr) { //迁移当前正在使用的桶 evacuate(t, h, bucket&h.oldbucketmask()) //迁移未迁移的桶中，索引最小的桶 if h.growing() { evacuate(t, h, h.nevacuate) } } 步入evacuate函数：
func evacuate(t *maptype, h *hmap, oldbucket uintptr) { //oldbcuket为要迁移的旧桶在旧桶数组中的索引 //获取这一个旧桶b b := (*bmap)(add(h.oldbuckets, oldbucket*uintptr(t.BucketSize))) //获取旧桶数组的桶数，根据2^oldB计算 newbit := h.noldbuckets() //判断此桶b是否已经完成了数据的迁移，未完成则步入函数内部 if !evacuated(b) { //xy[2]数组用于存储迁移目标bucket //xy[0]，记录的是等量扩容迁移的目标桶，代表新桶数组中索引和旧桶一致的那个桶 //xy[1]，记录的是增量扩容迁移的目标桶，索引为原索引加上旧桶容量的桶 var xy [2]evacDst x := &xy[0] x.b = (*bmap)(add(h.buckets, oldbucket*uintptr(t.BucketSize))) x.k = add(unsafe.Pointer(x.b), dataOffset) x.e = add(x.k, bucketCnt*uintptr(t.KeySize)) if !h.sameSizeGrow() { //若是增量扩容，则记录xy[1] y := &xy[1] //例如旧桶数组有4个桶，那么旧桶i映射到新桶i+4 y.b = (*bmap)(add(h.buckets, (oldbucket+newbit)*uintptr(t.BucketSize))) y.k = add(unsafe.Pointer(y.b), dataOffset) y.e = add(y.k, bucketCnt*uintptr(t.KeySize)) } //开始遍历旧桶b的所有键值对 for ; b != nil; b = b.overflow(t) { k := add(unsafe.Pointer(b), dataOffset) e := add(k, bucketCnt*uintptr(t.KeySize)) //遍历每一个键值对 for i := 0; i < bucketCnt; i, k, e = i+1, add(k, uintptr(t.KeySize)), add(e, uintptr(t.ValueSize)) { //获取当前slot的tophash top := b.tophash[i] if isEmpty(top) { //若槽位为空，标识以完成迁移 b.tophash[i] = evacuatedEmpty continue } if top < minTopHash { throw("bad map state") } k2 := k //处理键为指针的情况 if t.IndirectKey() { k2 = *((*unsafe.Pointer)(k2)) } var useY uint8 if !h.sameSizeGrow() { //对于增量扩容的迁移策略 //计算key的hash值 hash := t.Hasher(k2, uintptr(h.hash0)) //若map处于迭代过程需要特殊处理 if h.flags&iterator != 0 && !t.ReflexiveKey() && !t.Key.Equal(k2, k2) { //useY决定是否要迁移到新桶中 useY = top & 1 top = tophash(hash) } else { //普通key的迁移判断 if hash&newbit != 0 { //说明hash的B位是1，key要被迁移到新桶中下标为Y的桶。 //这里举个例子，假如旧桶有4个，那么B是2，那么newbit就是1<<B=100，若hash的第B位也是1，那就决定要用y的坐标，所以会迁移到桶8 useY = 1 } } } b.tophash[i] = evacuatedX + useY // evacuatedX + 1 == evacuatedY dst := &xy[useY] // evacuation destination //若到了桶的最后一个slot，完成后跳转到溢出桶 if dst.i == bucketCnt { dst.b = h.newoverflow(t, dst.b) dst.i = 0 dst.k = add(unsafe.Pointer(dst.b), dataOffset) dst.e = add(dst.k, bucketCnt*uintptr(t.KeySize)) } //完成K-V对的迁移，更新几个目标指针 dst.b.tophash[dst.i&(bucketCnt-1)] = top // mask dst.i as an optimization, to avoid a bounds check if t.IndirectKey() { *(*unsafe.Pointer)(dst.k) = k2 // copy pointer } else { typedmemmove(t.Key, dst.k, k) // copy elem } if t.IndirectElem() { *(*unsafe.Pointer)(dst.e) = *(*unsafe.Pointer)(e) } else { typedmemmove(t.Elem, dst.e, e) } dst.i++ dst.k = add(dst.k, uintptr(t.KeySize)) dst.e = add(dst.e, uintptr(t.ValueSize)) } } //若旧桶完成了迁移，并且没有处于迭代中并且含有指针类型的值，需要手动帮助GC清理掉旧桶。 if h.flags&oldIterator == 0 && t.Bucket.PtrBytes != 0 { b := add(h.oldbuckets, oldbucket*uintptr(t.BucketSize)) // Preserve b.tophash because the evacuation // state is maintained there. ptr := add(b, dataOffset) n := uintptr(t.BucketSize) - dataOffset memclrHasPointers(ptr, n) } } //若当前迁移的旧桶是未迁移的旧桶中索引最小的，那么将h.nevacuate累加1.若旧桶全部被迁移完毕，会将等量扩容标识置为0 if oldbucket == h.nevacuate { advanceEvacuationMark(h, t, newbit) } } func advanceEvacuationMark(h *hmap, t *maptype, newbit uintptr) { h.nevacuate++ //... if h.nevacuate == newbit { //完成所有迁移，工作结束 h.oldbuckets = nil if h.extra != nil { h.extra.oldoverflow = nil } h.flags &^= sameSizeGrow } } 可以阅读上述代码注释来学习它的迁移过程。
4、map的遍历流程
4.1、主要数据结构
我们知道，可以通过for range的方式来遍历map的每一个kv对，它主要是通过底层的hiter——Hash Iterator数据结构实现的。
在runtime/map.go中，可以找到对迭代器结构的定义：
type hiter struct { key unsafe.Pointer // 当前遍历的 key 指针 elem unsafe.Pointer // 当前遍历的 value 指针 t *maptype // 关联的 map 类型信息 h *hmap // 指向被遍历的 map 结构 buckets unsafe.Pointer // 迭代开始时的 buckets 数组指针（用于保证遍历稳定） bptr *bmap // 当前遍历的 bucket 指针 overflow *[]*bmap // 存储当前 hmap.buckets 可能存在的溢出桶，防止 GC 误清理 oldoverflow *[]*bmap // 存储旧 hmap.oldbuckets 可能存在的溢出桶，防止 GC 误清理 startBucket uintptr // 迭代开始的 bucket 位置（用于随机化遍历起点） offset uint8 // 在 bucket 内的随机偏移量（防止总是从 slot 0 开始，增强安全性） wrapped bool // 是否已经遍历完所有 bucket 并回绕到起始位置 B uint8 // 当前 map 的 B 值（`2^B` 代表 bucket 数量） i uint8 // 当前 bucket 内的 key-value 索引（用于迭代 bucket 内部的槽位） bucket uintptr // 当前遍历到的 bucket 索引（相对 `buckets` 起始位置） checkBucket uintptr // 用于 double-checking bucket 迭代的一致性，避免 map 变化影响遍历 } 字段详细说明：
| 字段名 | 类型 | 作用 |
|---|---|---|
key |
unsafe.Pointer |
当前遍历的 key 指针，指向 bmap 里存储的 key |
elem |
unsafe.Pointer |
当前遍历的 value 指针，指向 bmap 里存储的 value |
t |
*maptype |
map 的类型信息，包含 key 和 value 的类型 |
h |
*hmap |
指向遍历中的 map 结构 |
buckets |
unsafe.Pointer |
map 迭代开始时的 buckets 数组指针，防止 map 在扩容时影响遍历 |
bptr |
*bmap |
当前遍历的 bucket 指针，表示当前 bmap |
overflow |
*[]*bmap |
存储 hmap.buckets 可能的溢出桶，防止 GC 误清理 |
oldoverflow |
*[]*bmap |
存储 hmap.oldbuckets 可能的溢出桶，防止 GC 误清理 |
startBucket |
uintptr |
遍历开始的 bucket 位置，用于随机化遍历顺序，防止固定遍历路径 |
offset |
uint8 |
在 bucket 内部的偏移量，防止遍历总是从 slot 0 开始，增强遍历均匀性 |
wrapped |
bool |
是否已经遍历完所有 bucket 并回绕到起始位置 |
B |
uint8 |
当前 map 的 B 值，表示 2^B 个 bucket |
i |
uint8 |
当前 bucket 内部的 key-value 索引，用于遍历 bmap 内的槽位 |
bucket |
uintptr |
当前遍历到的 bucket 索引，相对于 buckets 起始地址 |
checkBucket |
uintptr |
用于 double-check 迭代一致性，确保 map 变化不会影响遍历 |
4.2、遍历主流程
Go对map的遍历起点是随机的，它防止每次遍历都从slot 0开始，增强了一定的安全性，这也是为什么你使用for range去遍历map的时候，不能保证每次一次遍历都结果都是相同的。
4.3、mapiterinit初始化迭代器
让我们进入mapiterinit流程，观察它的具体实现。
func mapiterinit(t *maptype, h *hmap, it *hiter) { //... it.t = t if h == nil || h.count == 0 { return } if unsafe.Sizeof(hiter{})/goarch.PtrSize != 12 { throw("hash_iter size incorrect") // see cmd/compile/internal/reflectdata/reflect.go } it.h = h // grab snapshot of bucket state it.B = h.B it.buckets = h.buckets if t.Bucket.PtrBytes == 0 { h.createOverflow() it.overflow = h.extra.overflow it.oldoverflow = h.extra.oldoverflow } // decide where to start r := uintptr(rand()) it.startBucket = r & bucketMask(h.B) it.offset = uint8(r >> h.B & (bucketCnt - 1)) // iterator state it.bucket = it.startBucket // Remember we have an iterator. // Can run concurrently with another mapiterinit(). if old := h.flags; old&(iterator|oldIterator) != iterator|oldIterator { atomic.Or8(&h.flags, iterator|oldIterator) } mapiternext(it) } （1）若表为nil或者没有元素，则直接返回；记录一些初始参数
it.t = t if h == nil || h.count == 0 { return } if unsafe.Sizeof(hiter{})/goarch.PtrSize != 12 { throw("hash_iter size incorrect") // see cmd/compile/internal/reflectdata/reflect.go } it.h = h // grab snapshot of bucket state it.B = h.B it.buckets = h.buckets （2）若表的桶不含有指针类型，那么它们可能会在遍历的过程中，若表发生了结构的变化，可能会取消对旧桶的引用，此时溢出桶就可能会被GC清理掉，所以当迭代器开始工作的时候，就需要将当前的溢出桶和旧的溢出桶保留在迭代器的结构中，保持对它们的引用。
if t.Bucket.PtrBytes == 0 { // Allocate the current slice and remember pointers to both current and old. // This preserves all relevant overflow buckets alive even if // the table grows and/or overflow buckets are added to the table // while we are iterating. h.createOverflow() it.overflow = h.extra.overflow it.oldoverflow = h.extra.oldoverflow } （3）通过取随机数的方式，决定遍历的起始桶，以及桶的遍历的起始kv对的位置
// decide where to start r := uintptr(rand()) it.startBucket = r & bucketMask(h.B) it.offset = uint8(r >> h.B & (bucketCnt - 1)) // iterator state it.bucket = it.startBucket （4）进入遍历流程
mapiternext(it) 4.4、mapiternext
func mapiternext(it *hiter) { h := it.h //... if h.flags&hashWriting != 0 { fatal("concurrent map iteration and map write") } t := it.t bucket := it.bucket b := it.bptr i := it.i checkBucket := it.checkBucket next: if b == nil { if bucket == it.startBucket && it.wrapped { // end of iteration it.key = nil it.elem = nil return } if h.growing() && it.B == h.B { // Iterator was started in the middle of a grow, and the grow isn't done yet. // If the bucket we're looking at hasn't been filled in yet (i.e. the old // bucket hasn't been evacuated) then we need to iterate through the old // bucket and only return the ones that will be migrated to this bucket. oldbucket := bucket & it.h.oldbucketmask() b = (*bmap)(add(h.oldbuckets, oldbucket*uintptr(t.BucketSize))) if !evacuated(b) { checkBucket = bucket } else { b = (*bmap)(add(it.buckets, bucket*uintptr(t.BucketSize))) checkBucket = noCheck } } else { b = (*bmap)(add(it.buckets, bucket*uintptr(t.BucketSize))) checkBucket = noCheck } bucket++ if bucket == bucketShift(it.B) { bucket = 0 it.wrapped = true } i = 0 } for ; i < bucketCnt; i++ { offi := (i + it.offset) & (bucketCnt - 1) if isEmpty(b.tophash[offi]) || b.tophash[offi] == evacuatedEmpty { // TODO: emptyRest is hard to use here, as we start iterating // in the middle of a bucket. It's feasible, just tricky. continue } k := add(unsafe.Pointer(b), dataOffset+uintptr(offi)*uintptr(t.KeySize)) if t.IndirectKey() { k = *((*unsafe.Pointer)(k)) } e := add(unsafe.Pointer(b), dataOffset+bucketCnt*uintptr(t.KeySize)+uintptr(offi)*uintptr(t.ValueSize)) if checkBucket != noCheck && !h.sameSizeGrow() { // Special case: iterator was started during a grow to a larger size // and the grow is not done yet. We're working on a bucket whose // oldbucket has not been evacuated yet. Or at least, it wasn't // evacuated when we started the bucket. So we're iterating // through the oldbucket, skipping any keys that will go // to the other new bucket (each oldbucket expands to two // buckets during a grow). if t.ReflexiveKey() || t.Key.Equal(k, k) { // If the item in the oldbucket is not destined for // the current new bucket in the iteration, skip it. hash := t.Hasher(k, uintptr(h.hash0)) if hash&bucketMask(it.B) != checkBucket { continue } } else { // Hash isn't repeatable if k != k (NaNs). We need a // repeatable and randomish choice of which direction // to send NaNs during evacuation. We'll use the low // bit of tophash to decide which way NaNs go. // NOTE: this case is why we need two evacuate tophash // values, evacuatedX and evacuatedY, that differ in // their low bit. if checkBucket>>(it.B-1) != uintptr(b.tophash[offi]&1) { continue } } } if (b.tophash[offi] != evacuatedX && b.tophash[offi] != evacuatedY) || !(t.ReflexiveKey() || t.Key.Equal(k, k)) { // This is the golden data, we can return it. // OR // key!=key, so the entry can't be deleted or updated, so we can just return it. // That's lucky for us because when key!=key we can't look it up successfully. it.key = k if t.IndirectElem() { e = *((*unsafe.Pointer)(e)) } it.elem = e } else { // The hash table has grown since the iterator was started. // The golden data for this key is now somewhere else. // Check the current hash table for the data. // This code handles the case where the key // has been deleted, updated, or deleted and reinserted. // NOTE: we need to regrab the key as it has potentially been // updated to an equal() but not identical key (e.g. +0.0 vs -0.0). rk, re := mapaccessK(t, h, k) if rk == nil { continue // key has been deleted } it.key = rk it.elem = re } it.bucket = bucket if it.bptr != b { // avoid unnecessary write barrier; see issue 14921 it.bptr = b } it.i = i + 1 it.checkBucket = checkBucket return } b = b.overflow(t) i = 0 goto next } （1）若处在并发写状态则fatal；初始化各项参数
if h.flags&hashWriting != 0 { fatal("concurrent map iteration and map write") } t := it.t bucket := it.bucket b := it.bptr i := it.i checkBucket := it.checkBucket （2）外层主循环，遍历每一个bucket，当达到buckets的末尾的时候，标识wrapped为true，回到头部。
next: if b == nil { //... b = (*bmap)(add(it.buckets, bucket*uintptr(t.BucketSize))) //... } bucket++ if bucket == bucketShift(it.B) { bucket = 0 it.wrapped = true } b = b.overflow(t) i = 0 goto next （3）若遍历完所有的桶了，则退出函数
if bucket == it.startBucket && it.wrapped { // end of iteration it.key = nil it.elem = nil return } （4）map可能正在处于扩容阶段，若处在扩容阶段，并且当前range的B和map的B任然相同（仍然是同一级数），那么说明便利的顺序没有发生改变。若桶处于旧桶数组，且数据没有迁移完成，那么需要将checkBucket置为当前桶号，需要对其便利防止漏掉数据。
if h.growing() && it.B == h.B { oldbucket := bucket & it.h.oldbucketmask() //获取oldbucket在oldbuckets中的位置 b = (*bmap)(add(h.oldbuckets, oldbucket*uintptr(t.BucketSize))) //若数据还没有完成迁移，那么还需要遍历这个桶的K-V对 if !evacuated(b) { checkBucket = bucket } else { //否则，直接读取newbuckets b = (*bmap)(add(it.buckets, bucket*uintptr(t.BucketSize))) //表示bucket都迁移完了，不需要额外检查oldbuckets checkBucket = noCheck } } else { //没有扩容，直接从buckets读取 b = (*bmap)(add(it.buckets, bucket*uintptr(t.BucketSize))) checkBucket = noCheck } （5）开始遍历该bucket下的所有KV对，对于一个空的槽位，因为可能处在迁移过程，所以会存在evacuatedEmpty的标识，所以不能判断是不是后面都是空的，必须全部遍历一次。
for ; i < bucketCnt; i++ { offi := (i + it.offset) & (bucketCnt - 1) if isEmpty(b.tophash[offi]) || b.tophash[offi] == evacuatedEmpty { // TODO: emptyRest is hard to use here, as we start iterating // in the middle of a bucket. It's feasible, just tricky. continue } （6）获取槽位的KV
k := add(unsafe.Pointer(b), dataOffset+uintptr(offi)*uintptr(t.KeySize)) if t.IndirectKey() { k = *((*unsafe.Pointer)(k)) } e := add(unsafe.Pointer(b), dataOffset+bucketCnt*uintptr(t.KeySize)+uintptr(offi)*uintptr(t.ValueSize)) （7）对于map正在实施等量扩容的情况下，如果当前的key经过重新到hash映射，会被映射到另一个桶中，那这时候我们也应该严格按照新桶的顺序来遍历，所以跳过这个key。例如，我们现在正在遍历桶3的一个KV对，但是这个KV对将会被迁移至桶7，那我们也该在遍历桶7的时候再获取它，而不是现在获取。
if checkBucket != noCheck && !h.sameSizeGrow() { if t.ReflexiveKey() || t.Key.Equal(k, k) { hash := t.Hasher(k, uintptr(h.hash0)) if hash&bucketMask(it.B) != checkBucket { continue } } else { if checkBucket>>(it.B-1) != uintptr(b.tophash[offi]&1) { continue } } } （8）通过读流程的mapaccessK方法来读取这个K-V对，通过迭代器hiter的key、value指针进行接收，用于对用户的遍历操作进行响应。
rk, re := mapaccessK(t, h, k) if rk == nil { continue // key has been deleted } it.key = rk it.elem = re 5、结语
感谢观看阅读，如果有什么疑问可以在评论区一起讨论。本篇博客参考了小徐先生的文章，也是读者跟随其思路学习的笔记记录，推荐大家去看原文，一起深入源码学习，链接在下方：
