go map搬迁的实现

目录

• 能具体解释一下这两种情况吗？
• 下面开始准备搬迁了
• 别着急，正式搬迁才刚刚开始
• 先找找可能的目标桶位置吧
• 遍历bucket链表，一个个迁移
• 事后事（整理）也别忘记了
• 最后，要不要看下是不是全搬迁完了呢？

为什么要搬迁？无非是要么桶用的太多，要么太多的数据都到了overflow里面了

go针对这两种情况做出了不同的搬迁处理

• bucket用太多：扩容两倍，重新hash
• overflow用太多：不扩容，不重新hash，只是搬迁而已

以下代码基于go1.17

能具体解释一下这两种情况吗？

桶用太多

go用了一个负载因子loadFactor来衡量。也就是如果数量count大于loadFactor * bucket数，那么就要扩容

代码如下

const (
 // Maximum number of key/elem pairs a bucket can hold.
 bucketCntBits = 3
 bucketCnt   = 1 << bucketCntBits

 // Maximum average load of a bucket that triggers growth is 6.5.
 // Represent as loadFactorNum/loadFactorDen, to allow integer math.
 loadFactorNum = 13
 loadFactorDen = 2
)

// 在元素数量大于8且元素数量大于负载因子(6.5)*桶总数，就要进行扩容
func overLoadFactor(count int, B uint8) bool {
 return count > bucketCnt && uintptr(count) > loadFactorNum*(bucketShift(B)/loadFactorDen)
}

overflow太多

overflow太多在go中分两种情况

• bucket数量小于1<<15时，overflow超过桶总数
• bucket数量大于1<<15时，overflow超过1<<15

// overflow buckets 太多
func tooManyOverflowBuckets(noverflow uint16, B uint8) bool {
 if B > 15 {
  B = 15
 }
 return noverflow >= uint16(1)<<(B&15)
}

下面开始准备搬迁了

准备搬迁工作是由hashGrow方法完成的，他主要就是进行申请新buckets空间、初始化搬迁进度为0、将原桶标记为旧桶等

func hashGrow(t *maptype, h *hmap) {
 // 判断是bucket多还是overflow多，然后根据这两种情况去申请新buckets空间
 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 android(atomic wrt gc)
 // 更新最新的bucket总数、将原桶标记为旧桶（后面判断是否在搬迁就是通过这个进行判断的）
 h.B += bigger
 h.flags = flags
 h.oldbuckets = oldbuckets
 h.buckets = newbuckets
 // 初始化搬迁进度为0
 h.nevacuate = 0
 // 初始化新桶overflow数量为0
 h.noverflow = 0

 // 将原来extra的overflow挂载到old overflow，代表这已经是旧的了
 if h.extra != nil && h.extra.overflow != nil {
  // Promote current ovpythonerflow 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
 }
 // extra指向下一块空闲的overflow空间
 if nextOverflow != nil {
  if h.extra == nil {
   h.extra = new(mapextra)
  }
  h.extra.nextOverflow = nextOverflow
 }
}

别着急，正式搬迁才刚刚开始

正式搬迁其实是在添加、删除元素的时候顺便干的。在发现搬迁的时候，就可能会做一到两次的搬迁，每次搬迁一个bucket。具体是一次还是两次就是下面的逻辑决定的

搬迁正在使用的bucket对应old bucket（如果没有搬迁过的话）

若还正在搬迁就再搬一个以加快搬迁

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)
 }
}

先找找可能的目标桶位置吧

对于不扩容的情况，可能只有一个——就是原来序号对应的桶（就是下面的x）。

对于扩容2倍的情况，显然既有可能是在原来序号对应桶，也有可能是原来序号加上扩容的桶数的序号

比如androidB由2变成了3，那么就要看hash第3bit到底是0还是1了，如果是001，那么和原来的一样，是序号为1的桶；如果是101，那么就是原来序号1+2² （扩容桶数）=序号为5的桶

  // xy contains the x and y (low and high) evacuation destinations.
  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() {
   // Only calculate y pointers if we'r开发者_Go入门e growing bigger.
   // Otherwise GC can see bad pointers.
   y := &xy[1]
   // newBit在扩容的情况下等于1<<(B-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, bucketCnt*uintptr(t.keysize))
  }

遍历bucket链表，一个个迁移

每一个bucket在溢出之后都会附接overflow桶，每个bucket包括overflow储存着8个元素

• 若元素tophash为空，则表示被搬迁过，继续下一个
• 计算hash值
• 若超出当前bucket容量，就新建一个overflow bucket
• 将原来的key、value复制到新bucket新位置
• 定位到下一个元素

在上面的步骤计算hash值在overflow用太多的情况下是不用的

此外，在桶用太多的情况下，计算hash

for ; b != nil; b = b.overflow(t) {
 // 找到key开始位置k，和value开始位置e
 k := add(unsafe.Pointer(b), dataOffset)
 e := add(k, bucketCnt*uintptr(t.keysize))
 // 遍历bucket中元素进行搬迁
 for i := 0; i < bucketCnt; i, k, e = i+1, add(k, uintptr(t.keysize)), add(e, uintptr(t.elemsize)) {
  // 获取tophash，若发现是空，说明已经搬迁过。并标记为空且已搬迁
  top := b.tophash[i]
  if isEmpty(top) {
   b.tophash[i] = evacuatedEmpty
   continue
  }
  if top < minTopHash {
   throw("bad map state")
  }
  k2 := k
  // 若key为引用类型就解引用
  if t.indirectkey() {
   k2 = *((*unsafe.Pointer)(k2))
  }
  // X指的就是原序号桶
  // Y指的就是扩容情况下，新的最高位为1的时候应该去的桶
  var useY uint8
  if !h.sameSizeGrow() {
   // Computewww.devze.com hash to make our evacuation decision (whether we need
   // to send this key/elem to bucket x or bucket y).
   hash := t.hasher(k2, uintptr(h.hash0))
   // 若正在迭代，且key为NaNs。是不是使用Y就取决最低位是不是1了
   if h.flags&iterator != 0 && !t.reFlexivekey() && !t.key.equal(k2, k2) {
    useY = top & 1
    top = tophash(hash)
   } else {
    // 如果最高位为1，那么就应该选Y桶
    if hash&newbit != 0 {
     useY = 1
    }
   }
  }

  if evacuatedX+1 != evacuatedY || evacuatedX^1 != evacuatedY {
   throw("bad evacuatedN")
  }

  // 标记X还是Y搬迁，并依此获取到搬迁目标桶
  b.tophash[i] = evacuatedX + useY
  dst := &xy[useY]        

  // 若目标桶已经超出桶容量，就分配新overflow
  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))
  }
  // 更新元素目标桶对应的tophash
  // 采用与而非取模，应该是出于性能目的
  dst.b.tophash[dst.i&(bucketCnt-1)] = top
  // 复制key到目标桶
  if t.indirectkey() {
   *(*unsafe.Pointer)(dst.k) = k2 // copy pointer
  } else {
   typedmemmove(t.key, dst.k, k) // copy elem
  }
  // 复制value到目标桶
  if t.indirectelem() {
   *(*unsafe.Pointer)(dst.e) = *(*unsafe.Pointer)(e)
  } else {
   typedmemmove(t.elem, dst.e, e)
  }
 
  // 更新目标桶元素数量、key、value位置
  dst.i++
  // These updates might push these pointers past the end of the key or elem arrays. 
  // That's ok, as we have the overflow pointer at the end of the bucket to protect against pointing past the end of the bucket.
  dst.k = add(dst.k, uintptr(t.keys编程客栈ize))
  dst.e = add(dst.e, uintptr(t.elemsize))
 }
}

事后事（整理）也别忘记了

如果发现没有在使用旧buckets的就把原buckets中的key-value清理掉吧（tophash还是保留用来搬迁时判断状态）

        // Unlink the overflow buckets & clear key/elem to help GC.
        if h.flags&oldIterator == 0 && t.bucket.ptrdata != 0 {
      // 计算当前原bucket所在的开始位置b
            b := add(h.oldbuckets, oldbucket*uintptr(t.bucketsize))
            // Preserve b.tophash because the evacuation
            // state is maintained there.
      // 从开始位置加上key-value的偏移量，那么ptr所在的位置就是实际key-value的开始位置
            ptr := add(b, dataOffset)
      // n是总bucket大小减去key-value的偏移量，就key-value占用空间的大小
            n := uintptr(t.bucketsize) - dataOffset
      // 清理从ptr开始的n个字节
            memclrHASPointers(ptr, n)
        }

最后，要不要看下是不是全搬迁完了呢？

在本次搬迁进度是最新进度的情况下（不是最新就让最新的去干吧）

• 更新进度
• 尝试往后看1024个bucket，如果发现有搬迁完的，但是没更新进度就顺便帮别人更新了
• 若是全部bucket都完成搬迁了，那就直接将原buckets释放掉

func advanceEvacuationMark(h *hmap, t *maptype, newbit uintptr) {
  // 更新进度
    h.nevacuate++
    // Experiments suggest that 1024 is overkill by at least an order of magnitude.
    // Put it in there as a safeguard anyway, to ensure O(1) behavior.
  // 向后看，更新已经完成的进度
    stop := h.nevacuate + 1024
    if stop > newbit {
        stop = newbit
    }
    for h.nevacuate != stop && bucketEvacuated(t, h, h.nevacuate) {
        h.nevacuate++
    }
  // 若是完成搬迁，就释放掉old buckets、重置搬迁状态、释放原bucket挂载到extra的overflow指针
    if h.nevacuate == newbit { // newbit == # of oldbuckets
        // Growing is all done. Free old main bucket array.
        h.oldbuckets = nil
        // Can discard old overflow buckets as well.
        // If they are still referenced by an iterator,
        // then the iterator holds a pointers to the slice.
        if h.extra != nil {
            h.extra.oldoverflow = nil
        }
        h.flags &^= sameSizeGrow
    }
}

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