go map搬迁的实现
作者:动态一时爽,重构火葬场
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 (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 overflow 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B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're 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() { // Compute 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.keysize)) 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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