Go 1.9中的sync.Map提供了線程安全的map,它的優點總結如下:(網上找的)
1.空間換時間。 通過冗餘的兩個數據結構(read、dirty),實現加鎖對性能的影響。
2.使用只讀數據(read),避免讀寫衝突。
3.動態調整,miss次數多了之後,將dirty數據提升爲read。
4.double-checking。
5.延遲刪除。 刪除一個鍵值只是打標記,只有在提升dirty的時候才清理刪除的數據。
6.優先從read讀取、更新、刪除,因爲對read的讀取不需要鎖。
其實當我們讀完它內部實現後就能很好地理解以上好處了。
先從Map的數據結構看起
type Map struct {
mu Mutex
read atomic.Value // readOnly
dirty map[interface{}]*entry
misses int
}
Mutex加鎖的工具,read一個只讀的數據結構,所以對它的讀總是線程安全的。dirty是map結構,它包含整個Map中的最新的entries,它不是線程安全的,爲了保證多線程安全的情況下操作它,需要對它加鎖;當dirty爲空時,下一次寫操作會複製read字段中未刪除的數據到dirty。misses計數器,當從Map中讀取entry的時候,如果read中不包含這個entry,會嘗試從dirty中讀取,這個時候會將misses加一, 當misses累積到 dirty的長度的時候, 就會將dirty提升爲read,避免從dirty中miss太多次。因爲操作dirty需要加鎖。
其中read atomic.Value中存的是readOnly數據結構,我們來看下readOnly
type readOnly struct {
m map[interface{}]*entry
amended bool // true if the dirty map contains some key not in m.
}
m無非存數據,amended爲true的話說明,dirty數組包含一些新的entries,卻存沒有在readOnly中。
因爲這裏數據是隻讀的,所以讀數據時候優先讀read數據,若read中沒有,則去dirty中讀,讀到則misses加一。
Map中還一個expunged指針,指向被刪除的鍵值對。Map中的entry結構體無非存有指向value的指針
var expunged = unsafe.Pointer(new(interface{}))
// An entry is a slot in the map corresponding to a particular key.
type entry struct {
p unsafe.Pointer // *interface{}
}
既然是Map,那我們先看下如何存數據,Store(key, value interfaces{})
func (m *Map) Store(key, value interface{}) {
read, _ := m.read.Load().(readOnly)
if e, ok := read.m[key]; ok && e.tryStore(&value) {
return
}
m.mu.Lock()
read, _ = m.read.Load().(readOnly)
if e, ok := read.m[key]; ok {
if e.unexpungeLocked() {
// The entry was previously expunged, which implies that there is a
// non-nil dirty map and this entry is not in it.
m.dirty[key] = e
}
e.storeLocked(&value)
} else if e, ok := m.dirty[key]; ok {
e.storeLocked(&value)
} else {
if !read.amended {
// We're adding the first new key to the dirty map.
// Make sure it is allocated and mark the read-only map as incomplete.
m.dirtyLocked()
m.read.Store(readOnly{m: read.m, amended: true})
}
m.dirty[key] = newEntry(value)
}
m.mu.Unlock()
}
先看這個情況:第一次new() Map後,裏面肯定沒有任何數據,第一次Store傳入鍵值對到Map中。
首先通過atomic.Value的Load方法,加載readOnly到read中,此時read中肯定沒有任何數據,於是我們要從dirty中取數據,由於它不是線程安全,所以調用mutex鎖工具lock,於是讀dirty中,也找不到,則判斷下amended是否爲false(確保是不是第一次往dirty中加數據),由於readOnly是剛創建的其ammended值爲false,所以此時方法調用進入m.dirtyLocked()
func (m *Map) dirtyLocked() {
if m.dirty != nil {
return
}
read, _ := m.read.Load().(readOnly)
m.dirty = make(map[interface{}]*entry, len(read.m))
for k, e := range read.m {
if !e.tryExpungeLocked() {
m.dirty[k] = e
}
}
}
該方法創建dirty,把readOnly的(未被刪除的)鍵值對複製到dirty中,此時readOnly爲空。
func (e *entry) tryExpungeLocked() (isExpunged bool) {
p := atomic.LoadPointer(&e.p)
for p == nil {
if atomic.CompareAndSwapPointer(&e.p, nil, expunged) {
return true
}
p = atomic.LoadPointer(&e.p)
}
return p == expunged
}
創建完dirty後,會創建新的readOnly賦值給read,此時amended爲true;最後在dirty中添加鍵值對,解鎖。
情況二:如果此時並不是第一次,並且一開始就在readOnly中找到。
此時調用e.tryStore(&Value);
func (e *entry) tryStore(i *interface{}) bool {
p := atomic.LoadPointer(&e.p)
if p == expunged {
return false
}
for {
if atomic.CompareAndSwapPointer(&e.p, p, unsafe.Pointer(i)) {
return true
}
p = atomic.LoadPointer(&e.p)
if p == expunged {
return false
}
}
}
先判斷取到的value是不是已經被刪除的,如果是則return false;否則,調用cas替換原value的地址值指向新的value,則完成對read中的鍵值對的更新。如果在更新的過程中,value值被刪除則return false;
情況三:如果在read中沒找到,在dirty中找到,則加鎖,加鎖後還是要再load read(以防此時dirty晉升爲read),從read中讀到被標記刪除的value則cas更新dirty中對應key的value設爲nil,最後調用storePionter更改value的值。
func (e *entry) storeLocked(i *interface{}) {
atomic.StorePointer(&e.p, unsafe.Pointer(i))
}
我們再來看Load()方法吧,讀數據。
func (m *Map) Load(key interface{}) (value interface{}, ok bool) {
read, _ := m.read.Load().(readOnly)
e, ok := read.m[key]
if !ok && read.amended {
m.mu.Lock()
// Avoid reporting a spurious miss if m.dirty got promoted while we were
// blocked on m.mu. (If further loads of the same key will not miss, it's
// not worth copying the dirty map for this key.)
read, _ = m.read.Load().(readOnly)
e, ok = read.m[key]
if !ok && read.amended {
e, ok = m.dirty[key]
// Regardless of whether the entry was present, record a miss: this key
// will take the slow path until the dirty map is promoted to the read
// map.
m.missLocked()
}
m.mu.Unlock()
}
if !ok {
return nil, false
}
return e.load()
}
老樣子,先從read中找,如果找到則返回value對應的數據。如果沒找到,需要判斷amended是否爲true,false的話說明dirty中沒有多餘數據,那找不到。如果爲true,則去dirty中找,操作dirty需要先加鎖,先判斷read中有無(防止dirty晉升成read),找到返回,沒找到再找dirty,如果找到那麼給misses加一。func (m *Map) missLocked() {
m.misses++
if m.misses < len(m.dirty) {
return
}
m.read.Store(readOnly{m: m.dirty})
m.dirty = nil
m.misses = 0
}
如果misses長度大於等於dirty的長度,則晉升dirty爲read,這步驟複雜度爲O1,因爲無非指針替換,再把dirty更新爲nil,misses更新爲0;