摘要：除此之外，把并發(fā)安全字典封裝在一個(gè)結(jié)構(gòu)體類型中，往往是一個(gè)很好的選擇。請(qǐng)看下面的代碼如上所示，我編寫了一個(gè)名為的結(jié)構(gòu)體類型，它代表了鍵類型為值類型為的并發(fā)安全字典。在這個(gè)結(jié)構(gòu)體類型中，只有一個(gè)類型的字段。

34 | 并發(fā)安全字典sync.Map （上）

我們今天再來(lái)講一個(gè)并發(fā)安全的高級(jí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：sync.Map。眾所周知，Go 語(yǔ)言自帶的字典類型map并不是并發(fā)安全的。

前導(dǎo)知識(shí)：并發(fā)安全字典誕生史

換句話說(shuō)，在同一時(shí)間段內(nèi)，讓不同 goroutine 中的代碼，對(duì)同一個(gè)字典進(jìn)行讀寫操作是不安全的。字典值本身可能會(huì)因這些操作而產(chǎn)生混亂，相關(guān)的程序也可能會(huì)因此發(fā)生不可預(yù)知的問(wèn)題。

在sync.Map出現(xiàn)之前，我們?nèi)绻獙?shí)現(xiàn)并發(fā)安全的字典，就只能自行構(gòu)建。不過(guò)，這其實(shí)也不是什么麻煩事，使用 sync.Mutex或sync.RWMutex，再加上原生的map就可以輕松地做到。

GitHub 網(wǎng)站上已經(jīng)有很多庫(kù)提供了類似的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。我在《Go 并發(fā)編程實(shí)戰(zhàn)》的第 2 版中也提供了一個(gè)比較完整的并發(fā)安全字典的實(shí)現(xiàn)。它的性能比同類的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)還要好一些，因?yàn)樗诤艽蟪潭壬嫌行У乇苊饬藢?duì)鎖的依賴。

盡管已經(jīng)有了不少的參考實(shí)現(xiàn)，Go 語(yǔ)言愛(ài)好者們還是希望 Go 語(yǔ)言官方能夠發(fā)布一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的并發(fā)安全字典。

經(jīng)過(guò)大家多年的建議和吐槽，Go 語(yǔ)言官方終于在 2017 年發(fā)布的 Go 1.9 中，正式加入了并發(fā)安全的字典類型sync.Map。

這個(gè)字典類型提供了一些常用的鍵值存取操作方法，并保證了這些操作的并發(fā)安全。同時(shí)，它的存、取、刪等操作都可以基本保證在常數(shù)時(shí)間內(nèi)執(zhí)行完畢。換句話說(shuō)，它們的算法復(fù)雜度與map類型一樣都是O(1)的。

在有些時(shí)候，與單純使用原生map和互斥鎖的方案相比，使用sync.Map可以顯著地減少鎖的爭(zhēng)用。sync.Map本身雖然也用到了鎖，但是，它其實(shí)在盡可能地避免使用鎖。

我們都知道，使用鎖就意味著要把一些并發(fā)的操作強(qiáng)制串行化。這往往會(huì)降低程序的性能，尤其是在計(jì)算機(jī)擁有多個(gè) CPU 核心的情況下。

因此，我們常說(shuō)，能用原子操作就不要用鎖，不過(guò)這很有局限性，畢竟原子只能對(duì)一些基本的數(shù)據(jù)類型提供支持。

無(wú)論在何種場(chǎng)景下使用sync.Map，我們都需要注意，與原生map明顯不同，它只是 Go 語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中的一員，而不是語(yǔ)言層面的東西。也正因?yàn)檫@一點(diǎn)，Go 語(yǔ)言的編譯器并不會(huì)對(duì)它的鍵和值，進(jìn)行特殊的類型檢查。

如果你看過(guò)sync.Map的文檔或者實(shí)際使用過(guò)它，那么就一定會(huì)知道，它所有的方法涉及的鍵和值的類型都是interface{}，也就是空接口，這意味著可以包羅萬(wàn)象。所以，我們必須在程序中自行保證它的鍵類型和值類型的正確性。

好了，現(xiàn)在第一個(gè)問(wèn)題來(lái)了。今天的問(wèn)題是：并發(fā)安全字典對(duì)鍵的類型有要求嗎？

這道題的典型回答是：有要求。鍵的實(shí)際類型不能是函數(shù)類型、字典類型和切片類型。

解析一下這個(gè)問(wèn)題。 我們都知道，Go 語(yǔ)言的原生字典的鍵類型不能是函數(shù)類型、字典類型和切片類型。

由于并發(fā)安全字典內(nèi)部使用的存儲(chǔ)介質(zhì)正是原生字典，又因?yàn)樗褂玫脑值滏I類型也是可以包羅萬(wàn)象的interface{}；所以，我們絕對(duì)不能帶著任何實(shí)際類型為函數(shù)類型、字典類型或切片類型的鍵值去操作并發(fā)安全字典。

由于這些鍵值的實(shí)際類型只有在程序運(yùn)行期間才能夠確定，所以 Go 語(yǔ)言編譯器是無(wú)法在編譯期對(duì)它們進(jìn)行檢查的，不正確的鍵值實(shí)際類型肯定會(huì)引發(fā) panic。

因此，我們?cè)谶@里首先要做的一件事就是：一定不要違反上述規(guī)則。我們應(yīng)該在每次操作并發(fā)安全字典的時(shí)候，都去顯式地檢查鍵值的實(shí)際類型。無(wú)論是存、取還是刪，都應(yīng)該如此。

當(dāng)然，更好的做法是，把針對(duì)同一個(gè)并發(fā)安全字典的這幾種操作都集中起來(lái)，然后統(tǒng)一地編寫檢查代碼。除此之外，把并發(fā)安全字典封裝在一個(gè)結(jié)構(gòu)體類型中，往往是一個(gè)很好的選擇。

總之，我們必須保證鍵的類型是可比較的（或者說(shuō)可判等的）。如果你實(shí)在拿不準(zhǔn)，那么可以先通過(guò)調(diào)用reflect.TypeOf函數(shù)得到一個(gè)鍵值對(duì)應(yīng)的反射類型值（即：reflect.Type類型的值），然后再調(diào)用這個(gè)值的Comparable方法，得到確切的判斷結(jié)果。

知識(shí)擴(kuò)展

問(wèn)題 1：怎樣保證并發(fā)安全字典中的鍵和值的類型正確性？（方案一）

簡(jiǎn)單地說(shuō)，可以使用類型斷言表達(dá)式或者反射操作來(lái)保證它們的類型正確性。

為了進(jìn)一步明確并發(fā)安全字典中鍵值的實(shí)際類型，這里大致有兩種方案可選。

第一種方案是，讓并發(fā)安全字典只能存儲(chǔ)某個(gè)特定類型的鍵。

比如，指定這里的鍵只能是int類型的，或者只能是字符串，又或是某類結(jié)構(gòu)體。一旦完全確定了鍵的類型，你就可以在進(jìn)行存、取、刪操作的時(shí)候，使用類型斷言表達(dá)式去對(duì)鍵的類型做檢查了。

一般情況下，這種檢查并不繁瑣。而且，你要是把并發(fā)安全字典封裝在一個(gè)結(jié)構(gòu)體類型里面，那就更加方便了。你這時(shí)完全可以讓 Go 語(yǔ)言編譯器幫助你做類型檢查。請(qǐng)看下面的代碼：

type IntStrMap struct { m sync.Map}func (iMap *IntStrMap) Delete(key int) { iMap.m.Delete(key)}func (iMap *IntStrMap) Load(key int) (value string, ok bool) { v, ok := iMap.m.Load(key) if v != nil {  value = v.(string) } return}func (iMap *IntStrMap) LoadOrStore(key int, value string) (actual string, loaded bool) { a, loaded := iMap.m.LoadOrStore(key, value) actual = a.(string) return}func (iMap *IntStrMap) Range(f func(key int, value string) bool) { f1 := func(key, value interface{}) bool {  return f(key.(int), value.(string)) } iMap.m.Range(f1)}func (iMap *IntStrMap) Store(key int, value string) { iMap.m.Store(key, value)}

如上所示，我編寫了一個(gè)名為IntStrMap的結(jié)構(gòu)體類型，它代表了鍵類型為int、值類型為string的并發(fā)安全字典。在這個(gè)結(jié)構(gòu)體類型中，只有一個(gè)sync.Map類型的字段m。并且，這個(gè)類型擁有的所有方法，都與sync.Map類型的方法非常類似。

兩者對(duì)應(yīng)的方法名稱完全一致，方法簽名也非常相似，只不過(guò)，與鍵和值相關(guān)的那些參數(shù)和結(jié)果的類型不同而已。在IntStrMap類型的方法簽名中，明確了鍵的類型為int，且值的類型為string。

顯然，這些方法在接受鍵和值的時(shí)候，就不用再做類型檢查了。另外，這些方法在從m中取出鍵和值的時(shí)候，完全不用擔(dān)心它們的類型會(huì)不正確，因?yàn)樗恼_性在當(dāng)初存入的時(shí)候，就已經(jīng)由 Go 語(yǔ)言編譯器保證了。

稍微總結(jié)一下。第一種方案適用于我們可以完全確定鍵和值的具體類型的情況。在這種情況下，我們可以利用 Go 語(yǔ)言編譯器去做類型檢查，并用類型斷言表達(dá)式作為輔助，就像IntStrMap那樣。

總結(jié)

我們今天討論的是sync.Map類型，它是一種并發(fā)安全的字典。它提供了一些常用的鍵、值存取操作方法，并保證了這些操作的并發(fā)安全。同時(shí)，它還保證了存、取、刪等操作的常數(shù)級(jí)執(zhí)行時(shí)間。

與原生的字典相同，并發(fā)安全字典對(duì)鍵的類型也是有要求的。它們同樣不能是函數(shù)類型、字典類型和切片類型。

另外，由于并發(fā)安全字典提供的方法涉及的鍵和值的類型都是interface{}，所以我們?cè)谡{(diào)用這些方法的時(shí)候，往往還需要對(duì)鍵和值的實(shí)際類型進(jìn)行檢查。

這里大致有兩個(gè)方案。我們今天主要提到了第一種方案，這是在編碼時(shí)就完全確定鍵和值的類型，然后利用 Go 語(yǔ)言的編譯器幫我們做檢查。

在下一次的文章中，我們會(huì)提到另外一種方案，并對(duì)比這兩種方案的優(yōu)劣。除此之外，我會(huì)繼續(xù)探討并發(fā)安全字典的相關(guān)問(wèn)題。

package mainimport (	"fmt"	"sync")// ConcurrentMap 代表自制的簡(jiǎn)易并發(fā)安全字典。type ConcurrentMap struct {	m  map[interface{}]interface{}	mu sync.RWMutex}func NewConcurrentMap() *ConcurrentMap {	return &ConcurrentMap{		m: make(map[interface{}]interface{}),	}}func (cMap *ConcurrentMap) Delete(key interface{}) {	cMap.mu.Lock()	defer cMap.mu.Unlock()	delete(cMap.m, key)}func (cMap *ConcurrentMap) Load(key interface{}) (value interface{}, ok bool) {	cMap.mu.RLock()	defer cMap.mu.RUnlock()	value, ok = cMap.m[key]	return}func (cMap *ConcurrentMap) LoadOrStore(key, value interface{}) (actual interface{}, loaded bool) {	cMap.mu.Lock()	defer cMap.mu.Unlock()	actual, loaded = cMap.m[key]	if loaded {		return	}	cMap.m[key] = value	actual = value	return}func (cMap *ConcurrentMap) Range(f func(key, value interface{}) bool) {	cMap.mu.RLock()	defer cMap.mu.RUnlock()	for k, v := range cMap.m {		if !f(k, v) {			break		}	}}func (cMap *ConcurrentMap) Store(key, value interface{}) {	cMap.mu.Lock()	defer cMap.mu.Unlock()	cMap.m[key] = value}func main() {	pairs := []struct {		k int		v string	}{		{k: 1, v: "a"},		{k: 2, v: "b"},		{k: 3, v: "c"},		{k: 4, v: "d"},	}	// 示例1。	{		cMap := NewConcurrentMap()		cMap.Store(pairs[0].k, pairs[0].v)		cMap.Store(pairs[1].k, pairs[1].v)		cMap.Store(pairs[2].k, pairs[2].v)		fmt.Println("[Three pairs have been stored in the ConcurrentMap instance]")		cMap.Range(func(key, value interface{}) bool {			fmt.Printf("The result of an iteration in Range: %v, %v/n",				key, value)			return true		})		k0 := pairs[0].k		v0, ok := cMap.Load(k0)		fmt.Printf("The result of Load: %v, %v (key: %v)/n",			v0, ok, k0)		k3 := pairs[3].k		v3, ok := cMap.Load(k3)		fmt.Printf("The result of Load: %v, %v (key: %v)/n",			v3, ok, k3)		k2, v2 := pairs[2].k, pairs[2].v		actual2, loaded2 := cMap.LoadOrStore(k2, v2)		fmt.Printf("The result of LoadOrStore: %v, %v (key: %v, value: %v)/n",			actual2, loaded2, k2, v2)		v3 = pairs[3].v		actual3, loaded3 := cMap.LoadOrStore(k3, v3)		fmt.Printf("The result of LoadOrStore: %v, %v (key: %v, value: %v)/n",			actual3, loaded3, k3, v3)		k1 := pairs[1].k		cMap.Delete(k1)		fmt.Printf("[The pair with the key of %v has been removed from the ConcurrentMap instance]/n",			k1)		v1, ok := cMap.Load(k1)		fmt.Printf("The result of Load: %v, %v (key: %v)/n",			v1, ok, k1)		v1 = pairs[1].v		actual1, loaded1 := cMap.LoadOrStore(k1, v1)		fmt.Printf("The result of LoadOrStore: %v, %v (key: %v, value: %v)/n",			actual1, loaded1, k1, v1)		cMap.Range(func(key, value interface{}) bool {			fmt.Printf("The result of an iteration in Range: %v, %v/n",				key, value)			return true		})	}	fmt.Println()	// 示例2。	{		var sMap sync.Map		sMap.Store(pairs[0].k, pairs[0].v)		sMap.Store(pairs[1].k, pairs[1].v)		sMap.Store(pairs[2].k, pairs[2].v)		fmt.Println("[Three pairs have been stored in the sync.Map instance]")		sMap.Range(func(key, value interface{}) bool {			fmt.Printf("The result of an iteration in Range: %v, %v/n",				key, value)			return true		})		k0 := pairs[0].k		v0, ok := sMap.Load(k0)		fmt.Printf("The result of Load: %v, %v (key: %v)/n",			v0, ok, k0)		k3 := pairs[3].k		v3, ok := sMap.Load(k3)		fmt.Printf("The result of Load: %v, %v (key: %v)/n",			v3, ok, k3)		k2, v2 := pairs[2].k, pairs[2].v		actual2, loaded2 := sMap.LoadOrStore(k2, v2)		fmt.Printf("The result of LoadOrStore: %v, %v (key: %v, value: %v)/n",			actual2, loaded2, k2, v2)		v3 = pairs[3].v		actual3, loaded3 := sMap.LoadOrStore(k3, v3)		fmt.Printf("The result of LoadOrStore: %v, %v (key: %v, value: %v)/n",			actual3, loaded3, k3, v3)		k1 := pairs[1].k		sMap.Delete(k1)		fmt.Printf("[The pair with the key of %v has been removed from the sync.Map instance]/n",			k1)		v1, ok := sMap.Load(k1)		fmt.Printf("The result of Load: %v, %v (key: %v)/n",			v1, ok, k1)		v1 = pairs[1].v		actual1, loaded1 := sMap.LoadOrStore(k1, v1)		fmt.Printf("The result of LoadOrStore: %v, %v (key: %v, value: %v)/n",			actual1, loaded1, k1, v1)		sMap.Range(func(key, value interface{}) bool {			fmt.Printf("The result of an iteration in Range: %v, %v/n",				key, value)			return true		})	}}

筆記源碼

https://github.com/MingsonZheng/go-core-demo

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