Golang 语言中 map 的键值类型选择,它是并发安全的吗?

简介: Golang 语言中 map 的键值类型选择,它是并发安全的吗?

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funcmapslice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funcmapslice

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 funcmapslice 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:

Go 语言学习之map

参考资料:

https://golang.org/pkg/sync/#Map

目录
相关文章
|
1月前
|
Go
Golang语言之管道channel快速入门篇
这篇文章是关于Go语言中管道(channel)的快速入门教程,涵盖了管道的基本使用、有缓冲和无缓冲管道的区别、管道的关闭、遍历、协程和管道的协同工作、单向通道的使用以及select多路复用的详细案例和解释。
59 4
Golang语言之管道channel快速入门篇
|
1月前
|
Go
Golang语言之gRPC程序设计示例
这篇文章是关于Golang语言使用gRPC进行程序设计的详细教程,涵盖了RPC协议的介绍、gRPC环境的搭建、Protocol Buffers的使用、gRPC服务的编写和通信示例。
64 3
Golang语言之gRPC程序设计示例
|
1月前
|
安全 Go
Golang语言goroutine协程并发安全及锁机制
这篇文章是关于Go语言中多协程操作同一数据问题、互斥锁Mutex和读写互斥锁RWMutex的详细介绍及使用案例,涵盖了如何使用这些同步原语来解决并发访问共享资源时的数据安全问题。
49 4
|
15天前
|
Go 定位技术 索引
Go 语言Map(集合) | 19
Go 语言Map(集合) | 19
|
1月前
|
Go 调度
Golang语言goroutine协程篇
这篇文章是关于Go语言goroutine协程的详细教程,涵盖了并发编程的常见术语、goroutine的创建和调度、使用sync.WaitGroup控制协程退出以及如何通过GOMAXPROCS设置程序并发时占用的CPU逻辑核心数。
30 4
Golang语言goroutine协程篇
|
1月前
|
Prometheus Cloud Native Go
Golang语言之Prometheus的日志模块使用案例
这篇文章是关于如何在Golang语言项目中使用Prometheus的日志模块的案例,包括源代码编写、编译和测试步骤。
27 3
Golang语言之Prometheus的日志模块使用案例
|
14天前
|
存储 前端开发 API
ES6的Set和Map你都知道吗?一文了解集合和字典在前端中的应用
该文章详细介绍了ES6中Set和Map数据结构的特性和使用方法,并探讨了它们在前端开发中的具体应用,包括如何利用这些数据结构来解决常见的编程问题。
ES6的Set和Map你都知道吗?一文了解集合和字典在前端中的应用
|
2天前
|
存储 分布式计算 Java
Stream很好,Map很酷,但答应我别用toMap():Java开发中的高效集合操作
在Java的世界里,Stream API和Map集合无疑是两大强大的工具,它们极大地简化了数据处理和集合操作的复杂度。然而,在享受这些便利的同时,我们也应当警惕一些潜在的陷阱,尤其是当Stream与Map结合使用时。本文将深入探讨Stream与Map的优雅用法,并特别指出在使用toMap()方法时需要注意的问题,旨在帮助大家在工作中更高效、更安全地使用这些技术。
9 0
|
2月前
|
存储 安全 Java
java集合框架复习----(4)Map、List、set
这篇文章是Java集合框架的复习总结,重点介绍了Map集合的特点和HashMap的使用,以及Collections工具类的使用示例,同时回顾了List、Set和Map集合的概念和特点,以及Collection工具类的作用。
java集合框架复习----(4)Map、List、set
|
2月前
|
Java
【Java集合类面试二十二】、Map和Set有什么区别?
该CSDN博客文章讨论了Map和Set的区别,但提供的内容摘要并未直接解释这两种集合类型的差异。通常,Map是一种键值对集合,提供通过键快速检索值的能力,而Set是一个不允许重复元素的集合。