面试题：Go语言中map的底层实现结构是怎样的

Question

请简述Go语言中map的底层数据结构，包括它的主要组成部分以及各部分的作用，例如桶（bucket）的设计和如何存储键值对等方面。

Answer 1

Go语言map底层数据结构

1. 主要组成部分
   • hmap：这是map的整体结构。它包含了一些关键信息，如元素个数（count）、用于哈希计算的种子（hash0）、桶数组（buckets）等。
   • bucket：用于实际存储键值对。每个bucket可以存储多个键值对。
2. 各部分作用
   • hmap的count：记录map中当前存储的键值对数量。
   • hmap的hash0：作为哈希函数的种子，用于计算键的哈希值，增加哈希的随机性和分布均匀性。
   • hmap的buckets：是一个指向bucket数组的指针。在map初始化时，buckets为空，随着键值对的插入，会动态分配bucket空间。
3. 桶（bucket）的设计
   • bucket结构：一个bucket结构体包含多个槽位（一般为8个），每个槽位可以存储一个键值对。
   • 键值对存储：键和值在bucket中是分开存储的，先存储键，然后存储对应的值。这样设计可以更高效地利用内存，因为不同类型的键和值可以按照自己的对齐方式存储。
   • 溢出桶：当一个bucket的8个槽位都被占用时，如果再有新的键值对要插入，就会使用溢出桶（overflow bucket）。溢出桶和普通bucket结构相同，通过链表的形式连接到已满的bucket，从而允许map存储更多的键值对。
4. 键值对存储方式
   • 哈希计算：当插入一个键值对时，先根据键计算其哈希值（使用hash0作为种子）。
   • 定位bucket：哈希值的低位用于定位到具体的bucket。
   • 查找槽位：在bucket内，通过哈希值的高位在槽位中查找合适的位置存储键值对。如果槽位已被占用且键不相等，就会寻找下一个可用槽位或使用溢出桶。在查找键值对时，同样通过哈希值计算来快速定位到可能存储该键的bucket，然后在bucket及其溢出桶中遍历查找键，找到后返回对应的值。