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  1. 面试题库/

04|Map 相关

·3800 字·8 分钟
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Golang面试题库 - 这篇文章属于一个选集。
§ 4: 本文

1. map 使用注意的点,是否是并发安全的?
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分析

考察map的线程安全,map在使用过程中主要是要注意并发读写不加锁会造成fatal error,让程序崩溃。并且这种错误是不能被recover捕获的

回答

map 不是线程安全的。

如果某个任务正在对map进行写操作,那么其他任务就不能对该 字典执行并发操作(读、写、删除),否则会导致进程崩溃。

在查找、赋值、遍历、删除的过程中都会检测写标志,一旦发现写标志等于1,则直接 fatal 退出程序。赋值和删除函数在检测完写标志是0之后,先将写标志改成1,才会进行之后的操作。

2. map 循环是有序的还是无序的?
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分析

考察对map遍历的底层实现是否了解,map在每次遍历的时候都会选定一个随机桶号还有槽位,遍历从这个随机桶开始往后依次便利完所有的桶,在每个桶内,则是按照之前选定随机槽位开始遍历,回答的时候要突出随机桶号和槽位

回答

map的遍历是无序的,map每次遍历,都会从一个随机值序号的桶,在每个桶中,再从按照之前选定随机槽位开始遍历,所以是无序的。

补充问题:为什么go语言的map要这样设计,要随机选定桶号和槽位进行随机遍历?

分析

因为map是可以动态扩容的,map 在扩容后,会发生 key 的搬迁,这样 key 的位置就会发生改变,那么如果顺序遍历key,在扩容前后顺序肯定会不一样,这道题回答一定要突出扩容会带来key的位置发生变化

回顾一下双倍扩容,key的变迁过程,双倍扩容,目标桶容后的位置可能在原位置也可能在原位置+偏移量处。

map扩容

回答

因为map 在扩容后,会发生 key 的搬迁,原来落在同一个 bucket 中的 key,搬迁后,有些 key 的位置就会发生改变。而遍历的过程,就是按顺序遍历 bucket,同时按顺序遍历 bucket 中的 key。搬迁后,key 的位置发生了重大的变化,这样,遍历 map 的结果就不可能按原来的顺序了。所以,go语言,强制每次遍历都随机开始。

3. map 如何顺序读取?
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分析

这个题目实际上是上一个题目的补充,因为map本身的遍历是不能顺序执行的,所以我们要达到一个顺序遍历的目的就不能用原map的遍历方式,要想顺序遍历,显然需要对map的key进行排序,然后,我们按照这个排序之后的key从map里面取出对应的数据即可

代码示例:

package main

import (
    "fmt"
    "sort"
)

func main() {
    keyList := make([]int, 0)
    m := map[int]int{
        3: 200,
        4: 200,
        1: 100,
        8: 800,
        5: 500,
        2: 200,
    }
    for key := range m {
        keyList = append(keyList, key)
    }
    sort.Ints(keyList)
    for _, key := range keyList {
        fmt.Println(key, m[key])
    }
}

程序输出

1 100
2 200
3 200
4 200
5 500
8 800

回答

如果想顺序遍历map,先把key放到切片排序,再按照key的顺序遍历map

4. map 中删除一个 key,它的内存会释放么?
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分析

考察map中key的删除原理,map删除key的时候是根据hash值找对应的槽位,找到对应的key删除,将key置为空,并且将对应的tophash置为emptyOne,如果后面没有任何数据了,则将emptyOne状态置为emptyReset,所以删除一个key,只是修改key对应存位置的值,并不会释放内存

回答

假设当前map的状态如下图所示,溢出桶2后面没有在接溢出桶,或者虽然溢出桶2后面接的溢出桶中没有数据,溢出桶2中有三个空槽,即第2、3、6处为emptyOne。

删除前

在删除了溢出桶1的key2和key4,以及溢出桶2的key7之后,对应map状态如下:

删除后

回答

不会释放。删除一个key,可以认为是标记删除,只是修改key对应内存位置的值为空,并不会释放内存,只有在查空这个map的时候,整个map的空间才会被垃圾回收后释放

5. 怎么处理对 map 进行并发访问? 有没有其他方案? 区别是什么?
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分析

主要考察对加锁运用熟悉程度以及对go语言中内置的sync.map的了解,要使用线程安全的map,一般有这两种方式

  • 加锁
  • sync.map

同时,要明确这两种方式的性能比较,sync.map在性能上要优于map加锁,因为sync.map在底层使用了2个map,read和dirty来提升性能,对read的操作时原子操作不用加锁,只有在对read操作不能满足要求时才会加锁操作dirty,这样就减少了加锁的场景,锁竞争频率会减小,所以性能会高于单纯的map加锁,在回答的时候要突出sync.map的read和dirty,以及锁竞争的频率。

回答

对map进行加读写锁或者是使用sync.map

和原始map+RWLock的实现并发的方式相比,减少了加锁对性能的影响。它做了一些优化:可以无锁访问read map,而且会优先操作read map,他若只操作read map就可以满足要求,那就不用去加锁操作write map(dirty),所以在某些特定场景中它发生锁竞争的频率会远远小于map+RWLock的实现方式

优点:

适合读多写少的场景

缺点:

写多的场景,会导致 read map 缓存失效,需要加锁,冲突变多,性能急剧下降

6. nil map 和空 map 有何不同?
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分析

主要考察细节对各种情况下的map的读写情况,结合代码示例理解

回答

  1. 未初始化的map为nil map

    a. 往值为nil的map添加值,会触发panic

    b. 读取值为nil的map,不会报错

    c. 删除值为nil的map,不会报错

  2. 已经初始化,没有任何元素的map为空map,对空map增删改查不会报错

7. map 的数据结构是什么?是怎么实现扩容?
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分析

map的底层实现其实是一个hmap的结构,其中包括一个buckets指针,指向一个bmap的数组,bmap数组每个元素是一个bmap结构,称之为,每个桶内存储着8个tophash和8个key-value的键值对,以及指向下一个溢出桶的指针。回答要突出hmapbmaptopash,以溢出指针overflow

hmap结构定义:

// A header for a Go map.
type hmap struct {
    count      int    // map中元素个数
    flags      uint8  // 状态标志位,标记map的一些状态
    B          uint8  // 桶数以2为底的对数,即B=log_2(len(buckets)),比如B=2,那么桶数为2^2=3=8
    noverflow uint16 // 溢出桶数量近似值
    hash0      uint32 // 哈希种子

    buckets    unsafe.Pointer // 指向buckets数组的指针
    oldbuckets unsafe.Pointer // 是一个指向buckets数组的指针,在扩容时,oldbuckets 指向老的bucket
    nevacuate  uintptr        // 表示扩容进度的一个计数器,小于该值的桶已经完成迁移

    extra *mapextra // 指向mapextra 结构的指针,mapextra 存储map中的溢出桶
}

底层结构:

回答

Map的底层实现数据结构实际上是一个哈希表。在运行时表现为一个指向hmap结构的指针,hmap中有记录了桶数组指针buckets,溢出桶指针以及元素个数等字段。每个桶是一个bmap的数据结构,可以存储8个键值对和8个tophash以及指向下一个溢出桶的指针overflow。为了内存紧凑,采用的是先存8个key过后再存value。

map 怎么实现扩容?
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分析

这个问题作为上一个问题的补充,其实在回答的时候也要参考map的底层结构,回答扩容一定要涵盖扩容策略,扩容时机,扩容方式(渐进式扩容)

回答

扩容时机:

向 map 插入新 key 的时候,会进行条件检测,符合下面这 2 个条件,就会触发扩容

  • 扩容条件:

    1. 超过负载 map元素个数 > 6.5(负载因子) * 桶个数,触发双倍扩容

    2. 溢出桶太多,触发等量扩容

      当桶总数<2^15时,如果溢出桶总数>=桶总数,则认为溢出桶过多

      当桶总数>2^15时,如果溢出桶总数>=2^15,则认为溢出桶过多

扩容机制:

  • 双倍扩容:新建一个buckets数组,新的buckets数量大小是原来的2倍,然后旧buckets数据搬迁到新的buckets。

  • 等量扩容:并不扩大容量,buckets数量维持不变,重新做一遍类似双倍扩容的搬迁动作,把松散的键值对重新排列一次,使得同一个 bucket 中的 key 排列地更紧密,节省空间,提高 bucket 利用率,进而保证更快的存取。

扩容方式:

扩容过程并不是一次性进行的,而是采用的渐进式扩容,在插入修改删除key的时候,都会尝试进行搬迁桶的工作,每次都会检查oldbucket是否nil,如果不是nil则每次搬迁2个桶,蚂蚁搬家一样渐进式扩容

8. map 的 key 为什么得是可比较类型的?
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分析

  • 本题主要考察go语言map中如何通过一个key计算得到它在桶中的位置

    • 第一步:根据key来计算出一个hash值(64位的,当然与机器位数挂钩)

    • 第二步:然后根据hash值的低B位锁定桶号(找到对应的bucket)

    • 第三步:接着在桶中找到对应的槽位(找到对应的一个cell)

  • 但是这里会存在一个hash冲突的问题,并不是找到了这个槽位就是当前key的位置,因为可能有其他的key和这个key计算出的hash值相同,那么显然槽位也就一样,

  • 所以还有第四步:进而比较key本身,来获取当前key的位置,所以key一定要是可比较的

所以在回答时,一定要重点突出会存在hash冲突,然后会比较key本身

回答

  • 首先map的 key、value是存在 buckets 数组里的,而每个 bucket 又可以容纳 8 个 key 和 8 个 value。

  • 当要插入一个新的 key - value 时,会对 key 进行 hash 运算得到一个 hash 值,然后根据 hash 值的低B位(取几位取决于桶的数量,比如一开始桶的数量是4,则取低2位)来决定命中哪个 bucket。

  • 在命中某个 bucket 后,又会根据 hash 值的高 8 位来决定是 8 个 key 里的哪个位置。如果不巧,发生了 hash 冲突,即该位置上已经有其他 key 存在了,则会去其他空位置寻找插入。如果全都满了,则使用 overflow 指针指向一个新的 bucket,重复刚刚的寻找步骤。

从上面的流程可以看出,在判断 hash 冲突,即该位置是否已有其他 key 时,肯定是要进行比较的,所以 key 必须是可比较类型的。像 slice、map、function 就不能作为 key

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