Golang sync.Map原理深入分析讲解

package main
func main()  {
	m := make(map[int]int)
	go func()  {
		for {
			_ = m[1]
		}
	}()
	go func()  {
		for {
			m[2] = 2
		}
	}()
	select {}
}

import "sync"
func main() {
	m := make(map[int]int)
	var lock sync.RWMutex
	go func() {
		for {
			lock.RLock()
			_ = m[1]
			lock.RUnlock()
		}
	}()
	go func() {
		for {
			lock.Lock()
			m[2] = 2
			lock.Unlock()
		}
	}()
	select {}
}

package main
import (
	"fmt"
	"sync"
)
func main() {
	var m sync.Map
	// 1. 写入
	m.Store("apple", 1)
	m.Store("banana", 2)
	// 2. 读取
	price, _ := m.Load("apple")
	fmt.Println(price.(int))
	// 3. 遍历
	m.Range(func(key, value interface{}) bool {
		fruit := key.(string)
		price := value.(int)
		fmt.Println(fruit, price)
		return true
	})
	// 4. 删除
	m.Delete("apple")
	// 5. 读取或写入
	m.LoadOrStore("peach", 3)
}

type Map struct {
    // 当涉及到脏数据(dirty)操作时候，需要使用这个锁
    mu Mutex
    // read是一个只读数据结构，包含一个map结构，
    // 读不需要加锁，只需要通过 atomic 加载最新的指正即可
    read atomic.Value // readOnly
    // dirty 包含部分map的键值对，如果操作需要mutex获取锁
    // 最后dirty中的元素会被全部提升到read里的map去
    dirty map[interface{}]*entry
    // misses是一个计数器，用于记录read中没有的数据而在dirty中有的数据的数量。
    // 也就是说如果read不包含这个数据，会从dirty中读取，并misses+1
    // 当misses的数量等于dirty的长度，就会将dirty中的数据迁移到read中
    misses int
}

// readOnly is an immutable struct stored atomically in the Map.read field.
type readOnly struct {
    // m包含所有只读数据，不会进行任何的数据增加和删除操作 
    // 但是可以修改entry的指针因为这个不会导致map的元素移动
    m       map[interface{}]*entry
    // 标志位，如果为true则表明当前read只读map的数据不完整，dirty map中包含部分数据
    amended bool // true if the dirty map contains some key not in m.
}

type entry struct {
    p unsafe.Pointer // *interface{}
}

// src/sync/map.go
// Load returns the value stored in the map for a key, or nil if no
// value is present.
// The ok result indicates whether value was found in the map.
func (m *Map) Load(key interface{}) (value interface{}, ok bool) {
    // 首先从只读ready的map中查找，这时不需要加锁
    read, _ := m.read.Load().(readOnly)
    e, ok := read.m[key]
    // 如果没有找到，并且read.amended为true，说明dirty中有新数据，从dirty中查找，开始加锁了
    if !ok && read.amended {
        m.mu.Lock() // 加锁
       // 又在 readonly 中检查一遍，因为在加锁的时候 dirty 的数据可能已经迁移到了read中
        read, _ = m.read.Load().(readOnly)
        e, ok = read.m[key]
        // read 还没有找到，并且dirty中有数据
        if !ok && read.amended {
            e, ok = m.dirty[key] //从 dirty 中查找数据
            // 不管m.dirty中存不存在，都将misses + 1
            // missLocked() 中满足条件后就会把m.dirty中数据迁移到m.read中
            m.missLocked()
        }
        m.mu.Unlock()
    }
    if !ok {
        return nil, false
    }
    return e.load()
}

// src/sync/map.go
func (m *Map) missLocked() {
    m.misses++
    if m.misses < len(m.dirty) {//misses次数小于 dirty的长度，就不迁移数据，直接返回
        return
    }
    m.read.Store(readOnly{m: m.dirty}) //开始迁移数据
    m.dirty = nil   //迁移完dirty就赋值为nil
    m.misses = 0  //迁移完 misses归0
}

// src/sync/map.go
// Store sets the value for a key.
func (m *Map) Store(key, value interface{}) {
   // 直接在read中查找值，找到了，就尝试 tryStore() 更新值
    read, _ := m.read.Load().(readOnly)
    if e, ok := read.m[key]; ok && e.tryStore(&value) {
        return
    }
    // m.read 中不存在
    m.mu.Lock()
    read, _ = m.read.Load().(readOnly)
    if e, ok := read.m[key]; ok {
        if e.unexpungeLocked() { // 未被标记成删除，前面讲到entry数据结构时，里面的p值有3种。1.nil 2.expunged，这个值含义有点复杂，可以看看前面entry数据结构 3.正常值
            m.dirty[key] = e // 加入到dirty里
        }
        e.storeLocked(&value) // 更新值
    } else if e, ok := m.dirty[key]; ok { // 存在于 dirty 中，直接更新
        e.storeLocked(&value)
    } else { // 新的值
        if !read.amended { // m.dirty 中没有新数据，增加到 m.dirty 中
            // 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() // 从 m.read中复制未删除的数据
            m.read.Store(readOnly{m: read.m, amended: true}) 
        }
        m.dirty[key] = newEntry(value) //将这个entry加入到m.dirty中
    }
    m.mu.Unlock()
}

// tryStore stores a value if the entry has not been expunged.
//
// If the entry is expunged, tryStore returns false and leaves the entry
// unchanged.
func (e *entry) tryStore(i *interface{}) bool {
	for {
		p := atomic.LoadPointer(&e.p)
		if p == expunged {
			return false
		}
		if atomic.CompareAndSwapPointer(&e.p, p, unsafe.Pointer(i)) {
			return true
		}
	}
}

// storeLocked unconditionally stores a value to the entry.
//
// The entry must be known not to be expunged.
func (e *entry) storeLocked(i *interface{}) {
	atomic.StorePointer(&e.p, unsafe.Pointer(i))
}

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 {
		// 判断值是否被删除，被标记为expunged的值不会被复制到read map中
		if !e.tryExpungeLocked() {
			m.dirty[k] = e
		}
	}
}
// expunged实际上是一个指向空接口的unsafe指针
var expunged = unsafe.Pointer(new(interface{}))
func (e *entry) tryExpungeLocked() (isExpunged bool) {
	p := atomic.LoadPointer(&e.p)
	// 如果p为nil，就会被标记为expunged
	for p == nil {
		if atomic.CompareAndSwapPointer(&e.p, nil, expunged) {
			return true
		}
		p = atomic.LoadPointer(&e.p)
	}
	return p == expunged
}

// src/sync/map.go
// Delete deletes the value for a key.
func (m *Map) Delete(key interface{}) {
    // 从 m.read 中开始查找
    read, _ := m.read.Load().(readOnly)
    e, ok := read.m[key]
    if !ok && read.amended { // m.read中没有找到，并且可能存在于m.dirty中，加锁查找
        m.mu.Lock() // 加锁
        read, _ = m.read.Load().(readOnly) // 再在m.read中查找一次
        e, ok = read.m[key]
        if !ok && read.amended { //m.read中又没找到，amended标志位true，说明在m.dirty中
            delete(m.dirty, key) // 删除
        }
        m.mu.Unlock()
    }
    if ok { // 在 m.read 中就直接删除
        e.delete()
    }
}

func (e *entry) delete() (hadValue bool) {
	for {
		p := atomic.LoadPointer(&e.p)
		// 已标记为删除
		if p == nil || p == expunged {
			return false
		}
		// 原子操作，e.p标记为nil，GO的GC会将对象自动删除
		if atomic.CompareAndSwapPointer(&e.p, p, nil) {
			return true
		}
	}
}