01.sync.Map介绍

1、sync.Map介绍

• sync.Map 是 Go 语言在 sync 包中提供的一个并发安全的 map 实现
• 旨在解决高并发环境下使用普通 map 时需要手动加锁带来的性能瓶颈问题
• sync.Map 通过精心设计的读写机制，保证了在多线程环境下对 map 进行高效的读写操作

2、sync.Map特点

read 结构是无锁的，因此读取性能非常高

dirty 操作涉及加锁，但加锁操作被限制在写入和未命中的情况下，避免了频繁的锁争用

• read：

  • 一个不变的只读数据结构，它存储了最近的键值对，并且支持并发安全的无锁读操作
  • sync.Map 尽可能地从 read 中读取数据，因为 read 是无锁的，因此读操作非常高效

• dirty：

  • 一个允许修改的 map，用来存储更新后的数据
  • 只有当某个键不存在于 read 中时，才会从 dirty 中查询数据
  • 读写 dirty 是需要加锁的
  • 当 dirty 和 read 之间不一致时，数据将首先写入 dirty，随后会尝试将部分数据推广到 read 中

• misses：

  • 一个计数器，用来统计从 read 中未命中（即 read 中没有找到键值对）且从 dirty 中成功读取的次数
  • 当 misses 达到一定数量时，会将 dirty 中的数据复制到 read，以提升读取命中率并减少锁争用

// Map结构体
type Map struct {
    mu Mutex             // 当涉及到脏数据(dirty)操作时候，需要使用这个锁
    read atomic.Value    // 不变的只读数据结构
    dirty map[interface{}]*entry    // 主要用来写，部分时候也承担读的能力
    misses int          // 记录自从上次更新了read之后，从read读取key失败的次数
}


// readOnly结构体
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
    
    amended bool     // 标志位，如果为true则表明当前read只读map的数据不完整
}

3、 dirty 同步 read情况

1）misses 达到阈值时

• 当读取操作在 read 中未找到指定的键（未命中），并且从 dirty 中成功读取时，sync.Map 会增加 misses 计数

2）写入新 key-value 时

• 当要往 sync.Map 中写入一个新的 key-value 对时，系统会检查 read 和 dirty 之间的差异
• 如果 read 中的数据较旧，且 dirty 已经有更新，系统会先将 dirty 中的数据同步到 read
• 目的：通过在写入之前同步 read 和 dirty，系统确保 read 尽量保持最新数据，从而减少未来读操作对 dirty 的访问

3）dirty 为 nil 时

• 如果 dirty 为 nil，意味着此时所有的数据都在 read 中，且没有写入过任何更新
• 目的：确保写操作发生在 dirty 中，同时保持 read 不变以供无锁读取

02.sync.Map操作

1、 写入操作

• 1、key原先就存在于read中，获取key所对应内存地址，原子性修改

• 2、key原先就存在于read中，但是key所对应的值被标记为删除状态

  • 解除标记，并更新dirty中的key，将 dirty 中的数据批量同步到 read，然后修改key对应的值

• 3、read中没有key，但是dirty中存在这个key，直接修改dirty中key的值

• 4、read和dirty中都没有值，先同步read和dirty的值，然后添加新的key value到dirty上面

2、删除数据

• 1、read中没有，且Map存在修改，则尝试删除dirty中的map中的key
• 2、read中没有，且Map不存在修改，那就是没有这个key，无需操作
• 3、read中有，尝试将key对应的值设置为nil，后面读取的时候就知道被删了，
  • 因为dirty中map的值跟read的map中的值指向的都是同一个地址空间，所以，修改了read也就是修改了dirty

3、读取

• 如果在 read 中找到了键值对，则直接返回结果，整个过程是无锁的

• 如果未命中，则尝试从 dirty 中读取，此时需要加锁为了优化性能，在 dirty 中找到了数据后，会增加 misses 计数

• 如果 misses 达到阈值，则会将 dirty 中的内容同步到 read 中