Map_noswiss
以下代码为 golang 1.25.3
map_noswiss
常量
const (
// 每个 bucket 能够容纳的最大 key/val 的数量
bucketCntBits = abi.OldMapBucketCountBits
// 当桶的平均装载量(load factor)超过 13/16 = 0.8125 时,会触发 map 扩容。
// 因为 bucketCnt 至少是 8,所以在对齐规则下性能是合理的。
// 这里用两个整数(分子 / 分母)来避免使用浮点数计算。
loadFactorDen = 2
loadFactorNum = loadFactorDen * abi.OldMapBucketCount * 13 / 16
// map 桶(bmap)结构中数据区(keys、values)相对于结构体起始地址的偏移量。
// 即 bmap 头部之后,键值对数据的起始位置。
// 为保证对齐,在某些架构(如 amd64p32)上,即使指针是 32 位,也要使用 64 位对齐。
dataOffset = unsafe.Offsetof(struct {
b bmap
v int64
}{}.v)
emptyRest = 0 // 这个槽为空,并且后面不会再有非空项(用于快速扫描结束)
emptyOne = 1 // 这个槽为空,但后面可能还有数据
evacuatedX = 2 // 此键值对已经迁移到新表(新表前一半)
evacuatedY = 3 // 此键值对已迁移到新表(新表后一半)
evacuatedEmpty = 4 // 桶已迁移完成,此槽为空
minTopHash = 5 // 正常已填充槽的最小 tophash 值
// flags
iterator = 1 // 有迭代器正在使用当前 buckets
oldIterator = 2 // 有迭代器正在使用旧的 old buckets(扩容时)
hashWriting = 4 // 有 goroutine 正在写 map(防止并发写入)
sameSizeGrow = 8 // 当前 map 扩容时,新旧 map 大小相同(即仅搬迁,不扩容)
// 这是迭代器检查时的特殊哨兵值(bucket ID),
// 用于标识“不需要检查”的情况。
// 1<<(8*goarch.PtrSize)-1 表示在当前平台下(32 或 64 位)能表示的最大无符号整数。
noCheck = 1<<(8*goarch.PtrSize) - 1
)
部分函数
// 判断是否迁移完毕
func evacuated(b *bmap) bool {
h := b.tophash[0]
return h > empty && h < minTopHash
}
// 渐进式扩容
func growWork(t *maptype, h *hmap, bucket uintptr) {
// make sure we evacuate the oldbucket corresponding
// to the bucket we're about to use
evacuate(t, h, bucket&h.oldbucketmask())
// evacuate one more oldbucket to make progress on growing
if h.growing() {
evacuate(t, h, h.nevacuate)
}
}
func isEmpty(x uint8) bool {
return x <= emptyOne
}
// overLoadFactor reports whether count items placed in 1<<B buckets is over loadFactor.
func overLoadFactor(count int, B uint8) bool {
return count > abi.OldMapBucketCount && uintptr(count) > loadFactorNum*(bucketShift(B)/loadFactorDen)
}
底层结构
// map head 结构体
type hmap struct {
count int // map 元素的数量
flags uint8
B uint8 // 表示 有 2^B 个桶(能存储 loadFactor * 2^B 个元素)
noverflow uint16 // 溢出桶的大约数量
hash0 uint32 // hash seed
buckets unsafe.Pointer // 桶的数组,如果桶数量为0,必须是 nil
oldbuckets unsafe.Pointer // 扩容前的桶数组,如果不是 nil 表示正在扩容
nevacuate uintptr // 已迁移完成的 bucket 数量
clearSeq uint64
extra *mapextra // optional fields
}
// mapextra holds fields that are not present on all maps.
type mapextra struct {
// 当 map 的 key 和 value 都不是指针,并且 size 都小于 128 字节的情况下,
// 会把 bmap 标记为不含指针,这样可以避免 gc 时扫描整个 hmap。
// 但是,我们看 bmap 其实有一个 overflow 的字段,是指针类型的,
// 破坏了 bmap 不含指针的设想,这时会把 overflow 移动到 extra 字段来。
overflow *[]*bmap
oldoverflow *[]*bmap
// nextOverflow holds a pointer to a free overflow bucket.
nextOverflow *bmap
}
// go map bucket 结构体(隐藏版)
type bmap struct {
// 正常情况下:tophash[i] = hash(key) >> (hashBits - 8)(取哈希值的最高 8 位)。
// 特殊情况下(如扩容时搬迁):tophash[i] 也可能被用作“状态标记”。
// 用于预比较
tophash [abi.OldMapBucketCount]uint8
// Followed by bucketCnt keys and then bucketCnt elems.
// NOTE: packing all the keys together and then all the elems together makes the
// code a bit more complicated than alternating key/elem/key/elem/... but it allows
// us to eliminate padding which would be needed for, e.g., map[int64]int8.
// Followed by an overflow pointer.
}
// go map bucket 结构体(完全版)
type bmap struct {
tophash [abi.OldMapBucketCount]uint8
keys [8]keytype
values [8]valuetype
pad uintptr
overflow uintptr
}
read map
mapaccess1 读取流程图
flowchart TD
Start([开始]) --> CheckNil{map为nil或count为0?}
CheckNil -->|是| CheckKeyHashAble{检查key是否可以hash?}
CheckKeyHashAble -->|否| Panic1[panic key不能哈希]
CheckKeyHashAble -->|是| ReturnZero1[返回零值]
CheckNil -->|否| CheckWriting{是否有并发写?}
CheckWriting -->|是| Panic2[panic并发读写]
CheckWriting -->|否| CalcHash[计算哈希值]
CalcHash --> CalcBucket[计算bucket位置]
CalcBucket --> CheckOldBucket{是否正在扩容?}
CheckOldBucket -->|是| CheckEvacuated{oldbucket是否已迁移?}
CheckEvacuated -->|否| UseOldBucket[使用oldbucket]
CheckEvacuated -->|是| UseNewBucket[使用新bucket]
CheckOldBucket -->|否| UseNewBucket
UseOldBucket --> CalcTopHash[计算tophash]
UseNewBucket --> CalcTopHash
CalcTopHash --> LoopBucket[遍历bucket链表]
LoopBucket --> LoopSlot[遍历8个槽位]
LoopSlot --> CompareTopHash{tophash相等?}
CompareTopHash -->|否| CheckEmptyRest{是否为emptyRest?}
CheckEmptyRest -->|是| ReturnZero2[返回零值]
CheckEmptyRest -->|否| NextSlot[下一个槽位]
CompareTopHash -->|是| GetKey[获取key指针]
GetKey --> CompareKey{完整key相等?}
CompareKey -->|否| NextSlot
CompareKey -->|是| GetValue[获取value指针]
GetValue --> ReturnValue[返回value]
NextSlot --> MoreSlots{还有槽位?}
MoreSlots -->|是| LoopSlot
MoreSlots -->|否| CheckOverflow{有overflow?}
CheckOverflow -->|是| LoopBucket
CheckOverflow -->|否| ReturnZero3[返回零值]
ReturnZero1 --> End([结束])
ReturnZero2 --> End
ReturnZero3 --> End
ReturnValue --> End
Panic1 --> End
Panic2 --> End
源码解析
// val := m[key] 形式读 map
// 不会返回 空指针,尽管 key 不存在或 map == nil(返回零值)
func mapaccess1(t *maptype, h *hmap, key unsafe.Pointer) unsafe.Pointer {
// ...
if h == nil || h.count == 0 {
// 函数里面判断 hash func panic
if err := maps.OldMapKeyError(t, key); err != nil {
panic(err) // see issue 23734
}
// 返回零值
return unsafe.Pointer(&zeroVal[0])
}
// 读正在写的 map panic
if h.flags&hashWriting != 0 {
fatal("concurrent map read and map write")
}
// 计算哈希值,并且加入 hash0 引入随机性
hash := t.Hasher(key, uintptr(h.hash0))
m := bucketMask(h.B) // 1<<h.B -1, 比如 h.B = 5, 计算出 m = 32-1 = 31
// 计算 bucket 地址
b := (*bmap)(add(h.buckets, (hash&m)*uintptr(t.BucketSize)))
// 说明发生了扩容
if c := h.oldbuckets; c != nil {
// 不同 size 扩容,bucket 是之前的 2倍
// 原来的 m 为现在 m 的一半
if !h.sameSizeGrow() {
// There used to be half as many buckets; mask down one more power of two.
m >>= 1
}
// key 在原 bucket 的位置
oldb := (*bmap)(add(c, (hash&m)*uintptr(t.BucketSize)))
if !evacuated(oldb) {
b = oldb
}
}
top := tophash(hash)
bucketloop:
// 遍历 bucket 以及 overflow bucket
for ; b != nil; b = b.overflow(t) {
// 遍历 bucket 的 key
for i := uintptr(0); i < abi.OldMapBucketCount; i++ {
if b.tophash[i] != top {
if b.tophash[i] == emptyRest {
break bucketloop
}
continue
}
// 计算 key 的指针
k := add(unsafe.Pointer(b), dataOffset+i*uintptr(t.KeySize))
// key 是指针,需要把 key 解引用
if t.IndirectKey() {
k = *((*unsafe.Pointer)(k))
}
// key 相等
if t.Key.Equal(key, k) {
e := add(unsafe.Pointer(b), dataOffset+abi.OldMapBucketCount*uintptr(t.KeySize)+i*uintptr(t.ValueSize))
if t.IndirectElem() {
e = *((*unsafe.Pointer)(e))
}
return e
}
}
}
return unsafe.Pointer(&zeroVal[0])
}
func mapaccess2(t *maptype, h *hmap, key unsafe.Pointer) (unsafe.Pointer, bool) {
// 此处省略,只是在 macaccess1 上新增了 bool 返回,表明是否有 key
}
关键点说明
- nil map 读取:
- 如果 key 类型合法(可比较类型),读取 nil map 返回零值,不会 panic
- 如果 key 类型不合法(slice、map、function 等),会先检查并 panic
- 并发读写检测:通过
hashWriting标志检测并发读写,发现则 panic - 扩容期间的读取:优先从旧 bucket 读取未迁移的数据,保证数据不丢失
- 两级查找优化:先比较 tophash(高 8 位),再比较完整 key,减少比较次数
- emptyRest 优化:遇到 emptyRest 标记可提前终止查找,提升性能
- 零值返回:找不到 key 时返回类型的零值,而非 nil 指针
write map
mapassign 写入流程图
flowchart TD
Start([开始]) --> CheckNil{map为nil?}
CheckNil -->|是| Panic1[panic]
CheckNil -->|否| CheckWriting{是否有并发写?}
CheckWriting -->|是| Panic2[panic并发写]
CheckWriting -->|否| CalcHash[计算哈希值]
CalcHash --> SetFlag[设置写标志]
SetFlag --> CheckBuckets{buckets为空?}
CheckBuckets -->|是| CreateBucket[创建bucket]
CheckBuckets -->|否| CalcBucket[计算bucket位置]
CreateBucket --> Again[again标签]
Again --> CalcBucket
CalcBucket --> CheckGrowing{是否正在扩容?}
CheckGrowing -->|是| GrowWork[渐进式迁移]
CheckGrowing -->|否| GetBucket[获取bucket指针]
GrowWork --> GetBucket
GetBucket --> CalcTopHash[计算tophash]
CalcTopHash --> InitVars[初始化插入位置]
InitVars --> LoopBucket[遍历bucket链表]
LoopBucket --> LoopSlot[遍历8个槽位]
LoopSlot --> CompareTopHash{tophash相等?}
CompareTopHash -->|否| CheckEmpty{槽位为空?}
CheckEmpty -->|是且未记录| RecordSlot[记录空槽位]
CheckEmpty -->|否| CheckEmptyRest{是否为emptyRest?}
CheckEmptyRest -->|是| ExitLoop[退出循环]
CheckEmptyRest -->|否| NextSlot1[下一个槽位]
RecordSlot --> NextSlot1
CompareTopHash -->|是| GetKey[获取key指针]
GetKey --> CompareKey{完整key相等?}
CompareKey -->|否| NextSlot1
CompareKey -->|是| UpdateKey[更新key]
UpdateKey --> GetElem[获取elem指针]
GetElem --> Done[跳转done]
NextSlot1 --> MoreSlots{还有槽位?}
MoreSlots -->|是| LoopSlot
MoreSlots -->|否| CheckOverflow{有overflow?}
CheckOverflow -->|是| LoopBucket
CheckOverflow -->|否| ExitLoop
ExitLoop --> CheckNeedGrow{需要扩容?}
CheckNeedGrow -->|是且未扩容| HashGrow[触发扩容]
HashGrow --> Again
CheckNeedGrow -->|否| CheckInserti{inserti为空?}
CheckInserti -->|是| NewOverflow[创建overflow]
CheckInserti -->|否| PrepareInsert[准备插入]
NewOverflow --> PrepareInsert
PrepareInsert --> CheckIndirectKey{key间接存储?}
CheckIndirectKey -->|是| AllocKey[分配key空间]
CheckIndirectKey -->|否| CheckIndirectElem{value间接存储?}
AllocKey --> CheckIndirectElem
CheckIndirectElem -->|是| AllocElem[分配value空间]
CheckIndirectElem -->|否| CopyKey[拷贝key]
AllocElem --> CopyKey
CopyKey --> SetTopHash[设置tophash]
SetTopHash --> IncCount[count加1]
IncCount --> Done
Done --> CheckFlag{写标志还在?}
CheckFlag -->|否| Panic3[panic并发写]
CheckFlag -->|是| ClearFlag[清除写标志]
ClearFlag --> ReturnElem[返回elem指针]
ReturnElem --> End([结束])
Panic1 --> End
Panic2 --> End
Panic3 --> End
源码解析
func mapassign(t *maptype, h *hmap, key unsafe.Pointer) unsafe.Pointer {
// nil map 写直接 panic
if h == nil {
panic(plainError("assignment to entry in nil map"))
}
// ...
// 写正在写的 map panic
if h.flags&hashWriting != 0 {
fatal("concurrent map writes")
}
hash := t.Hasher(key, uintptr(h.hash0))
// 在调用 t.hasher 之后再设置 hashWriting 标志
// 因为如果 t.hasher 发生 panic,其实没有真正进行写操作。
h.flags ^= hashWriting
// buckets 为空,创建新的 bucket
if h.buckets == nil {
h.buckets = newobject(t.Bucket) // newarray(t.Bucket, 1)
}
again:
// 计算 bucket 地址,使用 hash 的低 B 位
bucket := hash & bucketMask(h.B)
// 如果正在扩容,则将旧 bucket 内容迁移到新 bucket
// 也就是 渐进式扩容
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 < abi.OldMapBucketCount; i++ {
// tophash 不同
if b.tophash[i] != top {
// 如果是空的 cell 且还没有找到可插入位置,则记录当前槽为未来的插入点
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+abi.OldMapBucketCount*uintptr(t.KeySize)+i*uintptr(t.ValueSize))
}
// 表示从当前槽开始到桶末尾都没有存任何 key。
// 直接退出循环
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))
}
// tophash 相同,但是全 hash 不同
if !t.Key.Equal(key, k) {
continue
}
// hash 相同,更新
if t.NeedKeyUpdate() {
typedmemmove(t.Key, k, key)
}
elem = add(unsafe.Pointer(b), dataOffset+abi.OldMapBucketCount*uintptr(t.KeySize)+i*uintptr(t.ValueSize))
goto done
}
ovf := b.overflow(t)
if ovf == nil {
break
}
b = ovf
}
// 走到这里说明 bucket 里没有这个 key
// 达到最大扩容因子,或者太多 overflow buckets
// 并且没有正在扩容的情况下,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
}
if inserti == nil {
// 前面遍历了当前 bucket 和所有 overflow bucket 都找不到空位
newb := h.newoverflow(t, b)
inserti = &newb.tophash[0]
insertk = add(unsafe.Pointer(newb), dataOffset)
elem = add(insertk, abi.OldMapBucketCount*uintptr(t.KeySize))
}
if t.IndirectKey() {
// 间接存储:大对象,存储一个指针,指向堆上分配的对象。
kmem := newobject(t.Key)
*(*unsafe.Pointer)(insertk) = kmem
insertk = kmem
}
if t.IndirectElem() {
// 间接存储:大对象,存储一个指针,指向堆上分配的对象。
vmem := newobject(t.Elem)
*(*unsafe.Pointer)(elem) = vmem
}
// 拷贝 key/val
typedmemmove(t.Key, insertk, key)
// 设置 tophash(高位哈希字节),用于加速后续查找
*inserti = top
h.count++
done:
// hashWriting 标志位被清除
// 说明另外一个 goroutine 正在写,这时也会 panic
if h.flags&hashWriting == 0 {
fatal("concurrent map writes")
}
// 清除写标志
h.flags &^= hashWriting
if t.IndirectElem() {
elem = *((*unsafe.Pointer)(elem))
}
return elem
}
关键点说明
- nil map 写入 panic:向 nil map 写入会直接 panic,与读取不同
- 并发写保护:通过
hashWriting标志保护并发写,写入前设置,完成后清除 - 渐进式扩容:每次写入时触发最多 2 个旧 bucket 的迁移,分摊扩容成本
- 两种扩容触发条件:
- 负载因子过高(元素数量 / bucket 数量 > 6.5)
- overflow bucket 过多(说明哈希分布不均)
- 预留插入位置:遍历时记录第一个空槽位,找不到 key 时直接使用
- 间接存储优化:大对象(> 128 字节)通过指针间接存储,减少数据拷贝
- 原子性保证:写入完成前后都检查
hashWriting标志,确保操作原子性
for range map
迭代器结构
// map 迭代器
type hiter struct {
key unsafe.Pointer // 当前迭代的 key
elem unsafe.Pointer // 当前迭代的 value
t *maptype
h *hmap
buckets unsafe.Pointer // 迭代器开始时的 bucket 指针
bptr *bmap // 当前 bucket
overflow *[]*bmap // 保持 overflow buckets 存活
oldoverflow *[]*bmap // 保持旧的 overflow buckets 存活
startBucket uintptr // 迭代开始的 bucket 编号
offset uint8 // bucket 内随机起始位置(实现无序遍历)
wrapped bool // 是否已经遍历回到起始 bucket
B uint8
i uint8 // 当前在 bucket 内的位置
bucket uintptr // 当前遍历的 bucket 编号
checkBucket uintptr // 扩容时需要检查的 bucket
}
源码解析
// for range map 的核心实现
func mapiternext(it *hiter) {
h := it.h
// ...
// 并发检查:遍历时禁止写入
if h.flags&hashWriting != 0 {
fatal("concurrent map iteration and map write")
}
t := it.t
bucket := it.bucket // 当前 bucket 编号
b := it.bptr // 当前 bucket 指针
i := it.i // 当前在 bucket 内的索引
checkBucket := it.checkBucket
next:
// 如果当前 bucket 为空,获取下一个 bucket
if b == nil {
// 判断是否遍历完成:回到起始 bucket 且已标记 wrapped
if bucket == it.startBucket && it.wrapped {
// 遍历结束
it.key = nil
it.elem = nil
return
}
// 处理扩容中的情况
if h.growing() && it.B == h.B {
// 迭代器在扩容过程中启动,需要从旧 bucket 中读取
oldbucket := bucket & it.h.oldbucketmask()
b = (*bmap)(add(h.oldbuckets, oldbucket*uintptr(t.BucketSize)))
// 如果旧 bucket 还没迁移,从旧 bucket 读取
if !evacuated(b) {
checkBucket = bucket
} else {
// 已迁移,从新 bucket 读取
b = (*bmap)(add(it.buckets, bucket*uintptr(t.BucketSize)))
checkBucket = noCheck
}
} else {
// 正常情况,直接从新 bucket 读取
b = (*bmap)(add(it.buckets, bucket*uintptr(t.BucketSize)))
checkBucket = noCheck
}
// 移动到下一个 bucket
bucket++
if bucket == bucketShift(it.B) {
// 遍历完所有 bucket,回到起点
bucket = 0
it.wrapped = true
}
i = 0
}
// 遍历当前 bucket 的 8 个槽位
for ; i < abi.OldMapBucketCount; i++ {
// 使用 offset 实现随机起始位置,保证遍历无序性
offi := (i + it.offset) & (abi.OldMapBucketCount - 1)
// 跳过空槽位
if isEmpty(b.tophash[offi]) || b.tophash[offi] == evacuatedEmpty {
continue
}
// 获取 key 指针
k := add(unsafe.Pointer(b), dataOffset+uintptr(offi)*uintptr(t.KeySize))
if t.IndirectKey() {
k = *((*unsafe.Pointer)(k))
}
// 获取 value 指针
e := add(unsafe.Pointer(b), dataOffset+abi.OldMapBucketCount*uintptr(t.KeySize)+uintptr(offi)*uintptr(t.ValueSize))
// 扩容期间的特殊处理:判断该 key 是否属于当前新 bucket
if checkBucket != noCheck && !h.sameSizeGrow() {
// 扩容时,旧 bucket 会分裂成两个新 bucket
// 需要判断当前 key 是否应该分配到当前的新 bucket
if t.ReflexiveKey() || t.Key.Equal(k, k) {
// 计算 key 应该去的新 bucket
hash := t.Hasher(k, uintptr(h.hash0))
if hash&bucketMask(it.B) != checkBucket {
continue // 不属于当前 bucket,跳过
}
} else {
// 处理 NaN 等特殊情况(key != key)
// 使用 tophash 的低位决定方向
if checkBucket>>(it.B-1) != uintptr(b.tophash[offi]&1) {
continue
}
}
}
// 判断是否需要重新从 map 中查找(处理迭代期间的修改)
if it.clearSeq == h.clearSeq &&
((b.tophash[offi] != evacuatedX && b.tophash[offi] != evacuatedY) ||
!(t.ReflexiveKey() || t.Key.Equal(k, k))) {
// 数据未变化,直接返回
it.key = k
if t.IndirectElem() {
e = *((*unsafe.Pointer)(e))
}
it.elem = e
} else {
// 迭代器启动后 map 发生了变化(扩容/删除/更新)
// 需要重新从当前 map 中查找该 key 的最新数据
rk, re := mapaccessK(t, h, k)
if rk == nil {
continue // key 已被删除,跳过
}
it.key = rk
it.elem = re
}
// 更新迭代器状态
it.bucket = bucket
if it.bptr != b {
it.bptr = b
}
it.i = i + 1
it.checkBucket = checkBucket
return
}
// 当前 bucket 遍历完成,移动到 overflow bucket
b = b.overflow(t)
i = 0
goto next
}
关键点说明
- 无序遍历:通过
offset字段实现随机起始位置,每次遍历顺序不同 - 并发安全:遍历时检测到写操作会 panic
- 扩容处理:迭代器可以在扩容过程中正常工作,从旧 bucket 读取未迁移的数据
- 数据一致性:如果遍历期间 map 被修改,会重新查找最新数据
- 循环检测:通过
startBucket和wrapped标记判断是否遍历完成
map delete
mapdelete 删除流程图
flowchart TD
Start([开始]) --> CheckNil{map为nil或count为0?}
CheckNil -->|是| CheckKeyType[检查key类型]
CheckKeyType --> Return1[直接返回]
CheckNil -->|否| CheckWriting{是否有并发写?}
CheckWriting -->|是| Panic1[panic并发写]
CheckWriting -->|否| CalcHash[计算哈希值]
CalcHash --> SetFlag[设置写标志]
SetFlag --> CalcBucket[计算bucket位置]
CalcBucket --> CheckGrowing{是否正在扩容?}
CheckGrowing -->|是| GrowWork[渐进式迁移]
CheckGrowing -->|否| GetBucket[获取bucket指针]
GrowWork --> GetBucket
GetBucket --> CalcTopHash[计算tophash]
CalcTopHash --> LoopBucket[遍历bucket链表]
LoopBucket --> LoopSlot[遍历8个槽位]
LoopSlot --> CompareTopHash{tophash相等?}
CompareTopHash -->|否| CheckEmptyRest{是否为emptyRest?}
CheckEmptyRest -->|是| NotFound[未找到key]
CheckEmptyRest -->|否| NextSlot[下一个槽位]
CompareTopHash -->|是| GetKey[获取key指针]
GetKey --> CompareKey{完整key相等?}
CompareKey -->|否| NextSlot
CompareKey -->|是| ClearKey[清除key]
ClearKey --> ClearValue[清除value]
ClearValue --> SetEmptyOne[设置tophash为emptyOne]
SetEmptyOne --> CheckOptimize{后续槽位都为空?}
CheckOptimize -->|是| OptimizeLoop[将连续emptyOne改为emptyRest]
CheckOptimize -->|否| DecrCount[count减1]
OptimizeLoop --> DecrCount
DecrCount --> CheckCount{count是否为0?}
CheckCount -->|是| ResetSeed[重置hash seed防攻击]
CheckCount -->|否| ExitSearch[退出查找]
ResetSeed --> ExitSearch
NextSlot --> MoreSlots{还有槽位?}
MoreSlots -->|是| LoopSlot
MoreSlots -->|否| CheckOverflow{有overflow?}
CheckOverflow -->|是| LoopBucket
CheckOverflow -->|否| NotFound
NotFound --> ClearFlag[清除写标志]
ExitSearch --> ClearFlag
ClearFlag --> End([结束])
Return1 --> End
Panic1 --> End
源码解析
// delete(m, key) 的底层实现
func mapdelete(t *maptype, h *hmap, key unsafe.Pointer) {
// ...
// nil map 或空 map,直接返回(删除不存在的 key 不会 panic)
if h == nil || h.count == 0 {
if err := maps.OldMapKeyError(t, key); err != nil {
panic(err) // key 类型不合法才 panic
}
return
}
// 并发写检查
if h.flags&hashWriting != 0 {
fatal("concurrent map writes")
}
hash := t.Hasher(key, uintptr(h.hash0))
// 在调用 hasher 之后再设置写标志
// 因为 hasher 可能 panic,如果 panic 则没有真正进行写操作
h.flags ^= hashWriting
bucket := hash & bucketMask(h.B)
// 如果正在扩容,触发渐进式迁移
if h.growing() {
growWork(t, h, bucket)
}
b := (*bmap)(add(h.buckets, bucket*uintptr(t.BucketSize)))
bOrig := b // 保存原始 bucket 指针,用于后续优化
top := tophash(hash)
search:
// 遍历 bucket 链表
for ; b != nil; b = b.overflow(t) {
for i := uintptr(0); i < abi.OldMapBucketCount; i++ {
// tophash 不匹配
if b.tophash[i] != top {
if b.tophash[i] == emptyRest {
break search // 提前终止
}
continue
}
// 获取 key 指针
k := add(unsafe.Pointer(b), dataOffset+i*uintptr(t.KeySize))
k2 := k
if t.IndirectKey() {
k2 = *((*unsafe.Pointer)(k2))
}
// 完整 key 不匹配
if !t.Key.Equal(key, k2) {
continue
}
// 找到了要删除的 key
// 清除 key(如果包含指针)
if t.IndirectKey() {
*(*unsafe.Pointer)(k) = nil
} else if t.Key.Pointers() {
memclrHasPointers(k, t.Key.Size_)
}
// 清除 value
e := add(unsafe.Pointer(b), dataOffset+abi.OldMapBucketCount*uintptr(t.KeySize)+i*uintptr(t.ValueSize))
if t.IndirectElem() {
*(*unsafe.Pointer)(e) = nil
} else if t.Elem.Pointers() {
memclrHasPointers(e, t.Elem.Size_)
} else {
memclrNoHeapPointers(e, t.Elem.Size_)
}
// 设置为 emptyOne
b.tophash[i] = emptyOne
// 优化:如果当前槽位之后都是空的,将连续的 emptyOne 改为 emptyRest
// 这样后续查找可以提前终止,提升性能
if i == abi.OldMapBucketCount-1 {
// 最后一个槽位,检查 overflow bucket
if b.overflow(t) != nil && b.overflow(t).tophash[0] != emptyRest {
goto notLast
}
} else {
// 检查下一个槽位
if b.tophash[i+1] != emptyRest {
goto notLast
}
}
// 向前遍历,将连续的 emptyOne 都改为 emptyRest
for {
b.tophash[i] = emptyRest
if i == 0 {
if b == bOrig {
break // 到达起始 bucket,完成
}
// 找到前一个 bucket,继续处理其最后一个槽位
c := b
for b = bOrig; b.overflow(t) != c; b = b.overflow(t) {
}
i = abi.OldMapBucketCount - 1
} else {
i--
}
if b.tophash[i] != emptyOne {
break
}
}
notLast:
h.count--
// 防御哈希攻击:如果 map 变空了,重置 hash seed
// 使得攻击者难以反复触发哈希碰撞
if h.count == 0 {
h.hash0 = uint32(rand())
}
break search
}
}
// 删除完成,清除写标志
if h.flags&hashWriting == 0 {
fatal("concurrent map writes")
}
h.flags &^= hashWriting
}
关键点说明
- nil map 删除安全:删除 nil map 或空 map 中的 key 不会 panic(与写入不同)
- 删除不存在的 key:删除不存在的 key 是安全的,什么都不做
- 内存清理:只清理包含指针的 key/value,帮助 GC 回收内存
- emptyRest 优化:删除后将连续的空槽位标记为 emptyRest,加速后续查找
- hash seed 重置:map 变空时重置 hash seed,防止哈希碰撞攻击
- 渐进式扩容配合:删除操作也会触发渐进式迁移,保持扩容进度
- 并发保护:与写入相同,通过
hashWriting标志保护并发删除
map grow
扩容类型
Go map 有两种扩容方式:
- 翻倍扩容(增量扩容):负载因子过高时,bucket 数量翻倍(2^B -> 2^(B+1))
- 等量扩容(整理扩容):overflow bucket 过多但负载因子不高时,保持 bucket 数量不变,重新整理数据
hashGrow 扩容触发流程图
flowchart TD
Start([触发扩容]) --> CheckLoadFactor{负载因子过高?}
CheckLoadFactor -->|是| DoubleSizeGrow[翻倍扩容]
CheckLoadFactor -->|否| SameSizeGrow[等量扩容]
DoubleSizeGrow --> SetBigger[bigger = 1, B加1]
SameSizeGrow --> SetSame[bigger = 0, 设置sameSizeGrow标志]
SetBigger --> MakeBuckets[创建新bucket数组]
SetSame --> MakeBuckets
MakeBuckets --> HandleIterator[处理迭代器标志]
HandleIterator --> CommitGrow[提交扩容]
CommitGrow --> UpdateB[更新B值]
UpdateB --> SetOldBuckets[设置oldbuckets指向旧数组]
SetOldBuckets --> SetNewBuckets[设置buckets指向新数组]
SetNewBuckets --> ResetNevacuate[重置nevacuate为0]
ResetNevacuate --> HandleOverflow[处理overflow buckets]
HandleOverflow --> End([扩容完成<br/>等待渐进式迁移])
源码解析
// 触发扩容,创建新的 bucket 数组
// 实际的数据迁移由 growWork 和 evacuate 完成
func hashGrow(t *maptype, h *hmap) {
// 判断扩容类型
bigger := uint8(1) // 默认翻倍扩容
if !overLoadFactor(h.count+1, h.B) {
// 负载因子不高,但 overflow bucket 过多
// 进行等量扩容(整理碎片)
bigger = 0
h.flags |= sameSizeGrow
}
// 保存旧 buckets
oldbuckets := h.buckets
// 创建新 bucket 数组(可能包含预分配的 overflow buckets)
newbuckets, nextOverflow := makeBucketArray(t, h.B+bigger, nil)
// 处理迭代器标志
// 如果当前有迭代器,需要标记为 oldIterator
flags := h.flags &^ (iterator | oldIterator)
if h.flags&iterator != 0 {
flags |= oldIterator
}
// 提交扩容(相对于 GC 是原子操作)
h.B += bigger // 更新 B 值
h.flags = flags // 更新标志
h.oldbuckets = oldbuckets // 旧 buckets 保存到 oldbuckets
h.buckets = newbuckets // buckets 指向新数组
h.nevacuate = 0 // 重置迁移进度
h.noverflow = 0 // 重置 overflow 计数
// 将当前 overflow buckets 移动到 old generation
if h.extra != nil && h.extra.overflow != nil {
if h.extra.oldoverflow != nil {
throw("oldoverflow is not nil")
}
h.extra.oldoverflow = h.extra.overflow
h.extra.overflow = nil
}
// 设置预分配的 overflow bucket
if nextOverflow != nil {
if h.extra == nil {
h.extra = new(mapextra)
}
h.extra.nextOverflow = nextOverflow
}
// 实际的数据拷贝由 growWork() 和 evacuate() 渐进式完成
}
// 创建 bucket 数组,可能包含预分配的 overflow buckets
func makeBucketArray(t *maptype, b uint8, dirtyalloc unsafe.Pointer) (buckets unsafe.Pointer, nextOverflow *bmap) {
base := bucketShift(b) // 2^b,基础 bucket 数量
nbuckets := base
// 当 B >= 4 时,预分配一些 overflow buckets
// 减少后续动态分配的开销
if b >= 4 {
// 根据经验值预估需要的 overflow bucket 数量
nbuckets += bucketShift(b - 4)
sz := t.Bucket.Size_ * nbuckets
// 向上对齐到合适的内存块大小
up := roundupsize(sz, !t.Bucket.Pointers())
if up != sz {
nbuckets = up / t.Bucket.Size_
}
}
// 分配或清空 bucket 数组
if dirtyalloc == nil {
// 分配新数组
buckets = newarray(t.Bucket, int(nbuckets))
} else {
// 复用已有数组,清空内容
buckets = dirtyalloc
size := t.Bucket.Size_ * nbuckets
if t.Bucket.Pointers() {
memclrHasPointers(buckets, size)
} else {
memclrNoHeapPointers(buckets, size)
}
}
// 设置预分配的 overflow buckets
if base != nbuckets {
// nextOverflow 指向第一个预分配的 overflow bucket
nextOverflow = (*bmap)(add(buckets, base*uintptr(t.BucketSize)))
// 最后一个 overflow bucket 的 overflow 指针指向 buckets
// 作为结束标记
last := (*bmap)(add(buckets, (nbuckets-1)*uintptr(t.BucketSize)))
last.setoverflow(t, (*bmap)(buckets))
}
return buckets, nextOverflow
}
// 渐进式迁移一个 bucket
// 将 oldbucket 位置的旧 bucket 数据迁移到新 bucket
func evacuate(t *maptype, h *hmap, oldbucket uintptr) {
// 获取旧 bucket 指针
b := (*bmap)(add(h.oldbuckets, oldbucket*uintptr(t.BucketSize)))
newbit := h.noldbuckets() // 旧 bucket 数量,用于判断分流方向
// 检查是否已经迁移过
if !evacuated(b) {
// xy 包含 x 和 y 两个迁移目标
// evacDst 包含目标 bucket 指针和插入位置
var xy [2]evacDst
x := &xy[0]
// x 目标:与旧 bucket 同编号的新 bucket
x.b = (*bmap)(add(h.buckets, oldbucket*uintptr(t.BucketSize)))
x.k = add(unsafe.Pointer(x.b), dataOffset)
x.e = add(x.k, abi.OldMapBucketCount*uintptr(t.KeySize))
if !h.sameSizeGrow() {
// 翻倍扩容:需要 y 目标
// y 目标:旧 bucket 编号 + 旧 bucket 总数
y := &xy[1]
y.b = (*bmap)(add(h.buckets, (oldbucket+newbit)*uintptr(t.BucketSize)))
y.k = add(unsafe.Pointer(y.b), dataOffset)
y.e = add(y.k, abi.OldMapBucketCount*uintptr(t.KeySize))
}
// 遍历旧 bucket 及其 overflow chain
for ; b != nil; b = b.overflow(t) {
k := add(unsafe.Pointer(b), dataOffset)
e := add(k, abi.OldMapBucketCount*uintptr(t.KeySize))
// 遍历 bucket 的 8 个槽位
for i := 0; i < abi.OldMapBucketCount; i, k, e = i+1, add(k, uintptr(t.KeySize)), add(e, uintptr(t.ValueSize)) {
top := b.tophash[i]
// 空槽位,标记为 evacuatedEmpty
if isEmpty(top) {
b.tophash[i] = evacuatedEmpty
continue
}
if top < minTopHash {
throw("bad map state")
}
// 获取 key 指针
k2 := k
if t.IndirectKey() {
k2 = *((*unsafe.Pointer)(k2))
}
var useY uint8 // 0 表示去 x,1 表示去 y
if !h.sameSizeGrow() {
// 翻倍扩容:计算 hash 决定去 x 还是 y
hash := t.Hasher(k2, uintptr(h.hash0))
if h.flags&iterator != 0 && !t.ReflexiveKey() && !t.Key.Equal(k2, k2) {
// 特殊情况:key != key(如 NaN)
// 此时 hash 值不可复现,但有迭代器在使用
// 使用 tophash 的最低位决定方向,保证和迭代器一致
// 重新计算 tophash,使 NaN 在多次扩容后均匀分布
useY = top & 1
top = tophash(hash)
} else {
// 正常情况:根据新增的 bit 位决定方向
// hash & newbit 为 0 去 x,为 1 去 y
if hash&newbit != 0 {
useY = 1
}
}
}
// 验证 evacuatedX 和 evacuatedY 的关系
if evacuatedX+1 != evacuatedY || evacuatedX^1 != evacuatedY {
throw("bad evacuatedN")
}
// 标记旧 bucket 的迁移状态
b.tophash[i] = evacuatedX + useY // evacuatedX(2) 或 evacuatedY(3)
dst := &xy[useY] // 选择迁移目标
// 如果目标 bucket 满了,需要分配 overflow bucket
if dst.i == abi.OldMapBucketCount {
dst.b = h.newoverflow(t, dst.b)
dst.i = 0
dst.k = add(unsafe.Pointer(dst.b), dataOffset)
dst.e = add(dst.k, abi.OldMapBucketCount*uintptr(t.KeySize))
}
// 设置新位置的 tophash
dst.b.tophash[dst.i&(abi.OldMapBucketCount-1)] = top
// 迁移 key
if t.IndirectKey() {
*(*unsafe.Pointer)(dst.k) = k2 // 拷贝指针
} else {
typedmemmove(t.Key, dst.k, k) // 拷贝值
}
// 迁移 value
if t.IndirectElem() {
*(*unsafe.Pointer)(dst.e) = *(*unsafe.Pointer)(e) // 拷贝指针
} else {
typedmemmove(t.Elem, dst.e, e) // 拷贝值
}
// 更新目标位置
dst.i++
dst.k = add(dst.k, uintptr(t.KeySize))
dst.e = add(dst.e, uintptr(t.ValueSize))
}
}
// 清理旧 bucket,帮助 GC
// 如果没有迭代器在使用旧 buckets,可以清理 key/value
if h.flags&oldIterator == 0 && t.Bucket.Pointers() {
b := add(h.oldbuckets, oldbucket*uintptr(t.BucketSize))
// 保留 tophash,因为迁移状态信息存储在那里
ptr := add(b, dataOffset)
n := uintptr(t.BucketSize) - dataOffset
memclrHasPointers(ptr, n)
}
}
// 更新迁移进度
// 如果当前 bucket 是下一个待迁移的 bucket,推进迁移标记
if oldbucket == h.nevacuate {
advanceEvacuationMark(h, t, newbit)
}
}
关键点说明
- 两种扩容类型:
- 翻倍扩容:负载因子 > 6.5 时触发,bucket 数量翻倍(B -> B+1)
- 等量扩容:overflow bucket 过多时触发,整理碎片但不增加 bucket(B 不变)
- 渐进式迁移:hashGrow 只创建新数组,不迁移数据,实际迁移在后续的读写操作中由 evacuate 完成
- 每次迁移量:每次读写操作最多迁移 2 个旧 bucket(当前 bucket + nevacuate 指向的 bucket)
- 分流策略(X/Y 目标):
- 翻倍扩容时:根据 hash 的新增 bit 位决定去 X(低位)还是 Y(高位)
- 等量扩容时:只使用 X 目标,Y 和 X 指向同一位置
- NaN 特殊处理:key != key 的情况(如 NaN)使用 tophash 最低位决定方向,保证和迭代器行为一致
- 预分配优化:B >= 4 时预分配部分 overflow buckets,减少后续动态分配开销
- 迭代器兼容:扩容期间的迭代器可以正常工作,通过 oldIterator 标志管理
- GC 优化:迁移后清理旧 bucket 的 key/value(保留 tophash),帮助 GC 回收内存
- 迁移进度追踪:通过 nevacuate 字段追踪已迁移的 bucket 数量,保证所有 bucket 都被迁移