在 Go 語(yǔ)言中，有一個(gè)非常實(shí)用的并發(fā)安全的 Map 實(shí)現(xiàn)：sync.Map，它是在 Go 1.9 版本中引入的。相比于標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中的 map，它的最大特點(diǎn)就是可以在并發(fā)情況下安全地讀寫，而不需要加鎖。在這篇博客中，我們將深入探討 sync.Map 的基本原理，幫助讀者更好地理解并使用這個(gè)并發(fā)安全的 Map。

1. Map 的基本實(shí)現(xiàn)原理

在介紹 sync.Map 的基本實(shí)現(xiàn)原理之前，我們需要先了解一下 Go 語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中的 map 實(shí)現(xiàn)原理。在 Go 中，map 是基于哈希表實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)我們向 map 中添加元素時(shí)，它會(huì)根據(jù) key 計(jì)算出一個(gè)哈希值，然后將這個(gè)值映射到一個(gè)桶中。如果該桶中已經(jīng)有了元素，它會(huì)遍歷桶中的元素，查找是否已經(jīng)存在相同的 key，如果存在就更新對(duì)應(yīng)的值，否則就添加一個(gè)新的鍵值對(duì)。

下面是一個(gè)簡(jiǎn)單的 map 示例：

m := make(map[string]int)
m["a"] = 1
m["b"] = 2
fmt.Println(m["a"]) // Output: 1

當(dāng)我們運(yùn)行這段代碼時(shí)，Go 語(yǔ)言會(huì)自動(dòng)幫我們分配一個(gè)哈希表和若干個(gè)桶，然后將鍵值對(duì)添加到對(duì)應(yīng)的桶中。這樣，當(dāng)我們需要訪問(wèn)某個(gè) key 對(duì)應(yīng)的值時(shí)，Go 語(yǔ)言會(huì)根據(jù)哈希值快速定位到對(duì)應(yīng)的桶，然后遍歷桶中的元素，查找是否有相同的 key，如果找到了就返回對(duì)應(yīng)的值。

2. sync.Map 的實(shí)現(xiàn)原理

sync.Map 是 Go 語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中的一個(gè)并發(fā)安全的 Map 實(shí)現(xiàn)，它可以在并發(fā)情況下安全地讀寫，而不需要加鎖。那么，它是如何實(shí)現(xiàn)這種并發(fā)安全性的呢？下面我們就來(lái)一步步地解析 sync.Map 的實(shí)現(xiàn)原理。

2.1 sync.Map 的結(jié)構(gòu)體定義

首先，讓我們來(lái)看一下 sync.Map 的結(jié)構(gòu)體定義：

type Map struct {
    mu      sync.Mutex
    read    atomic.Value // readOnly
    dirty   map[interface{}]interface{}
    misses  int
    dirtyLocked uintptr
}

從上面的代碼中可以看出，sync.Map 的實(shí)現(xiàn)主要是依賴于一個(gè)互斥鎖（sync.Mutex）和兩個(gè) map（read 和 dirty）。其中，read 和 dirty 的作用分別是什么呢？我們先來(lái)看一下 read 的定義：

type readOnly struct {
    m       map[interface{}]interface{}
    amended bool
}

可以看到，read 只有一個(gè)成員 m，它是一個(gè) map 類型。而 amended 則表示 read 中的鍵值對(duì)是否被修改過(guò)。接下來(lái)，我們來(lái)看一下 dirty 的定義：

type dirty struct {
    m       map[interface{}]interface{}
    dirty   map[interface{}]bool
    misses  int
}

和 read 不同的是，dirty 中包含了兩個(gè) map：m 和 dirty。其中，m 存儲(chǔ)了被修改過(guò)的鍵值對(duì)，而 dirty 則存儲(chǔ)了哪些鍵值對(duì)被修改過(guò)。

2.2 sync.Map 的讀取實(shí)現(xiàn)

在 sync.Map 中，讀取操作非常簡(jiǎn)單，直接從 readOnly 中的 m 中查找即可。如果 readOnly 中的鍵值對(duì)被修改過(guò)，則需要從 dirty 中查找。讀取操作的實(shí)現(xiàn)代碼如下：

func (m *Map) Load(key interface{}) (value interface{}, ok bool) {
    read, _ := m.read.Load().(readOnly)
    value, ok = read.m[key]
    if !ok && read.amended {
        m.mu.Lock()
        read, _ = m.read.Load().(readOnly)
        value, ok = read.m[key]
        if !ok && read.amended {
            value, ok = read.m[key]
        }
        m.mu.Unlock()
    }
    return
}

在這段代碼中，我們首先從 readOnly 中的 m 中查找鍵值對(duì)。如果鍵值對(duì)不存在且 readOnly 中的鍵值對(duì)被修改過(guò)，則需要獲取互斥鎖，并重新從 readOnly 中查找。如果還是沒(méi)有找到，那么就從 dirty 中查找。

2.3 sync.Map 的寫入實(shí)現(xiàn)

在 sync.Map 中，寫入操作需要分兩步完成。首先，我們需要判斷 readOnly 中的鍵值對(duì)是否被修改過(guò)，如果沒(méi)有被修改過(guò)，則直接將鍵值對(duì)添加到 readOnly 中的 m 中即可。否則，我們需要獲取互斥鎖，然后將鍵值對(duì)添加到 dirty 中的 m 中，并將對(duì)應(yīng)的鍵添加到 dirty 中的 dirty 中。寫入操作的實(shí)現(xiàn)代碼如下：

func (m *Map) Store(key, value interface{}) {
    read, _ := m.read.Load().(readOnly)
    if v, ok := read.m[key]; !ok && !read.amended {
        m.mu.Lock()
        read, _ = m.read.Load().(readOnly)
        if v, ok := read.m[key]; !ok {
            read = readOnly{m: read.m, amended: true}
        }
        read.m[key] = value
        m.read.Store(read)
        m.mu.Unlock()
    } else {
        m.mu.Lock()
        dirty := m.dirtyLocked != 0
        if !dirty {
            m.dirtyLocked = 1
            m.dirty = make(map[interface{}]interface{})
        }
        m.dirty[key] = value
        if !ok {
            m.dirty[key] = value
            m.dirty[key] = true
        }
        if dirty {
            m.mu.Unlock()
            return
        }
        m.read.Store(readOnly{m: read.m, amended: true})
        m.mu.Unlock()
    }
}

在這段代碼中，我們首先從 readOnly 中的 m 中查找鍵值對(duì)。如果鍵值對(duì)不存在且 readOnly 中的鍵值對(duì)沒(méi)有被修改過(guò)，則需要獲取互斥鎖，并重新從 readOnly 中查找。如果還是沒(méi)有找到，則將鍵值對(duì)添加到 readOnly 中的 m 中，并將 amended 設(shè)置為 true。否則，我們需要獲取互斥鎖，并將鍵值對(duì)添加到 dirty 中的 m 中，并將對(duì)應(yīng)的鍵添加到 dirty 中的 dirty 中。如果 dirty 中已經(jīng)存在該鍵，則只需要更新 dirty 中的鍵值即可。如果 dirty 中沒(méi)有該鍵，則需要在 dirty 中添加該鍵，并將該鍵的 dirty 置為 true。

接下來(lái)，我們需要判斷 dirty 是否被鎖定。如果 dirty 被鎖定，則直接退出函數(shù)。否則，我們需要將 readOnly 中的 amended 設(shè)置為 true，并將 readOnly 存儲(chǔ)回 read 中。

2.4 sync.Map 的刪除實(shí)現(xiàn)

在 sync.Map 中，刪除操作也需要分兩步完成。首先，我們需要判斷 readOnly 中的鍵值對(duì)是否被修改過(guò)，如果沒(méi)有被修改過(guò)，則直接從 readOnly 中的 m 中刪除鍵值對(duì)即可。否則，我們需要獲取互斥鎖，然后將鍵添加到 dirty 中的 dirty 中，并將 dirty 中的對(duì)應(yīng)鍵的值設(shè)置為 false。刪除操作的實(shí)現(xiàn)代碼如下：

func (m *Map) Delete(key interface{}) {
    read, _ := m.read.Load().(readOnly)
    if _, ok := read.m[key]; ok || read.amended {
        m.mu.Lock()
        read, _ = m.read.Load().(readOnly)
        if _, ok := read.m[key]; ok || read.amended {
            if m.dirty == nil {
                m.dirty = make(map[interface{}]interface{})
            }
            m.dirty[key] = false
            m.dirty[key] = true
            m.read.Store(readOnly{m: read.m, amended: true})
        }
        m.mu.Unlock()
    }
}

在這段代碼中，我們首先從 readOnly 中的 m 中查找鍵值對(duì)。如果鍵值對(duì)存在或者 readOnly 中的鍵值對(duì)被修改過(guò)，則需要獲取互斥鎖，并重新從 readOnly 中查找。如果還是沒(méi)有找到，則將鍵添加到 dirty 中的 dirty 中，并將 dirty 中的對(duì)應(yīng)鍵的值設(shè)置為 false。接下來(lái)，我們需要判斷 dirty 是否為 nil，如果為 nil，則需要將 dirty 初始化為一個(gè)空 map。然后，我們將鍵添加到 dirty 中，并將 dirty 中的對(duì)應(yīng)鍵的值設(shè)置為 true。最后，我們將 readOnly 中的 amended 設(shè)置為 true，并將 readOnly 存儲(chǔ)回 read 中。

2.5 sync.Map 的遍歷實(shí)現(xiàn)

在 sync.Map 中，遍歷操作需要將 readOnly 和 dirty 中的所有鍵值對(duì)進(jìn)行合并，并返回所有未被刪除的鍵值對(duì)。遍歷操作的實(shí)現(xiàn)代碼如下：

func (m *Map) Range(f func(key, value interface{}) bool) {
    read, _ := m.read.Load().(readOnly)
    if read.amended {
        m.mu.Lock()
        read, _ = m.read.Load().(readOnly)
        if read.amended {
            read = readOnly{
                m: merge(read.m, m.dirty),
            }
            read.amended = false
            m.read.Store(read)
            m.dirty = nil
        }
        m.mu.Unlock()
    }
    for k, v := range read.m {
        if !f(k, v) {
            break
        }
    }
}
?
func merge(m1, m2 map[interface{}]interface{}) map[interface{}]interface{} {
    if len(m1) == 0 && len(m2) == 0 {
        return nil
    }
    if len(m1) == 0 {
        return m2
    }
    if len(m2) == 0 {
        return m1
    }
    m := make(map[interface{}]interface{})
    for k, v := range m1 {
        m[k] = v
    }
    for k, v := range m2 {
        if _, ok := m[k]; !ok || !v.(bool) {
            m[k] = v
        }
    }
    return m
}

在這段代碼中，我們首先從 readOnly 中獲取所有的鍵值對(duì)，并檢查是否有鍵值對(duì)被修改過(guò)。如果鍵值對(duì)被修改過(guò)，則需要獲取互斥鎖，并將 readOnly 和 dirty 中的鍵值對(duì)合并，然后將合并后的鍵值對(duì)存儲(chǔ)回 readOnly 中，并將 dirty 設(shè)置為 nil。接下來(lái)，我們遍歷 readOnly 中的所有鍵值對(duì)，并調(diào)用 f 函數(shù)來(lái)處理鍵值對(duì)。如果 f 函數(shù)返回 false，則遍歷過(guò)程結(jié)束。

在這個(gè) Range 函數(shù)中，我們還實(shí)現(xiàn)了一個(gè)名為 merge 的輔助函數(shù)，用于合并兩個(gè) map。在合并過(guò)程中，我們首先判斷兩個(gè) map 是否為空，如果為空，則直接返回 nil。如果其中一個(gè) map 為空，則返回另一個(gè) map。否則，我們需要將 m1 中的鍵值對(duì)全部添加到新的 map 中，并逐個(gè)遍歷 m2 中的鍵值對(duì)。如果 m2 中的鍵不存在于新的 map 中，或者 m2 中的鍵被刪除，則將其添加到新的 map 中。

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