Go语言sync.Map平行宇宙入门指南

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Go 语言中的 map 在并发操作时不是线程安全的,为了解决这个问题,Go 1.9 版本添加了 sync.Map 这种并发安全的 map 实现。正确使用 sync.Map 可以有效防止并发环境下的数据竞争问题。

本文将详细介绍 sync.Map 的相关用法,内容涵盖:

1. sync.Map 背景
   
2. sync.Map 接口介绍
   
3. sync.Map 的存储读取删除
   
4. sync.Map 遍历
   
5. sync.Map 与普通 map 的区别
   
6. sync.Map 使用注意事项
   
7. sync.Map 应用示例
   
8. sync.Map 原理简析
   

通过本文可以全面了解 sync.Map 的工作原理及使用技巧,用来构建高效的并发程序。

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1. sync.Map 背景

Go 语言中的 map 在多线程并发使用时不是线程安全的,主要问题是读写 map 时会存在数据竞争,导致错误。

例如并发读写 map:

var m = map[string]int{}
go func() {
  for { 
    m["count"]++
  }
}()
go func() {
  for {
    _ = m["count"] 
  }  
}()

这样会引发 fatal error: concurrent map read and map write。

为了解决这个问题,在 Go 1.9 中添加了 sync.Map 做为并发安全的 map 实现。

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2. sync.Map 接口

sync.Map 的接口实现了一个自动并发安全的 map,主要方法有:

func New() *Map   // 创建一个空的Map
m.Store(key, value) // 存储key-value
m.Load(key) // 获取key对应的value
m.LoadOrStore(key, value) // 获取或存储并返回值
m.Delete(key) // 删除key 
m.Range(f func(key, value interface{})) // 范围遍历

这些方法都天生具备并发安全访问能力,使用 sync.Map 就不会有并发数据竞争的风险。

我们可以直接通过 sync.Map 来并发安全地使用一个 map:

var m sync.Map
m.Store("count", 0)
// 并发安全地读写map

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3. 存储和读取

sync.Map 提供了 Store 和 Load 方法进行数据存储和读取:

m.Store(key, value) // 存储 
value, ok := m.Load(key) // 读取
if !ok {
  // key不存在
} else {
  // 获取value
}

Store 会将 key-value 放入 sync.Map 中存储。

Load 方法可以读取 key 对应的 value,它返回值和一个 bool 类型表示是否读取成功。

同时提供了 LoadOrStore 方法,可以读取或存储:

actual, loaded = m.LoadOrStore(key, value)

它可以获取 key 对应的 value,如果 key 不存在就保存这个 value 并返回。

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4. 删除元素

可以使用 Delete 方法来删除元素:

m.Delete(key)

删除成功后,再 Load 这个 key 会返回 value 类型的默认零值。

和普通 map 类似,删除不存在的 key 不会报错。

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5. 遍历

sync.Map 提供了 Range 方法用于遍历所有键值对:

m.Range(func(k, v interface{}) bool {
  // 在此处理 kv
  return true
})

遍历是无序的,和 map 的迭代顺序一致。

返回 true 会继续迭代,false 会停止遍历。

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6. 与普通 map 区别

sync.Map 和普通的 map 有以下区别:

• sync.Map 设计为并发安全,不需要额外同步
  
• 没有容量概念,扩容自动处理
  
• 只提供了常用的 map 操作方法
  
• 不保证遍历顺序
  
• 没有直接转换为普通 map 的方法
  

在需要并发安全时选择 sync.Map,其他情况普通 map 更加高效。

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7. 使用注意事项

使用 sync.Map 有以下注意事项:

• 指针值作为 key 需要小心
  
• 同时读写 key 会产生不确定行为
  
• 删除时内存不能及时释放
  
• 遍历时需要复制值进行处理
  

需要针对这些特点合理安全地使用。

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8. 应用示例

sync.Map 常见使用场景:

• 缓存
  
• 计数器
  
• 生产消费队列等
  

实现一个简单计数器:

var counter = sync.Map{}
func inc(key string) {
  counter.Store(key, 0)
  v := counter.Load(key)
  counter.Store(key, v+1)
} 
// 并发安全计数

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9. sync.Map 原理简析

sync.Map 内部通过锁分段实现并发安全:

它使用一个包含多把锁的结构,每一把锁锁定一个 map 元素区间。

当访问元素时找到锁定的段,对该段加锁来保证安全:

segment1 map[1]     segment2 map[2]    segment3 map[3]
 |                 |                  |
lock1             lock2              lock3

这样实现多段锁,既保证了线程安全,又提高了效率。

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总结

通过这篇文章,我们全面介绍了 sync.Map 的工作原理和使用技巧,它可以有效解决 Go 语言中 map 并发安全的问题。但也需要注意它和普通 map 的区别,合理使用。