Go語言list（列表）

2021-11-10

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列表是一種非連續(xù)的存儲(chǔ)容器，有多個(gè)節(jié)點(diǎn)組成，節(jié)點(diǎn)通過一些變量記錄彼此之間的關(guān)系

單鏈表和雙鏈表就是列表的兩種方法。

原理：A、B、C三個(gè)人，B懂A的電話，C懂B的電話只是單方知道號(hào)碼，這樣就形成了一個(gè)單鏈表結(jié)構(gòu)。

如果C把自己的號(hào)碼給B，B把自己的號(hào)碼給A，因?yàn)槭请p方都知道對(duì)方的號(hào)碼，這樣就形成了一個(gè)雙鏈表結(jié)構(gòu)

如果B換號(hào)碼了，他需要通知AC，把自己的號(hào)碼刪了，這個(gè)過程就是列表的刪除操作。

在Go語言中，列表使用 container/list 包來實(shí)現(xiàn)，內(nèi)部的實(shí)現(xiàn)原理是雙鏈表，列表能夠高效地進(jìn)行任意位置的元素插入和刪除操作。

列表初始化的兩種辦法

列表沒有給出具體的元素類型的限制，所以列表的元素可以是任意類型的，

例如給列表中放入了一個(gè) interface{} 類型的值，取出值后，如果要將 interface{} 轉(zhuǎn)換為其他類型將會(huì)發(fā)生宕機(jī)。

雙鏈表支持從隊(duì)列前方或后方插入元素，分別對(duì)應(yīng)的方法是 PushFront 和 PushBack。

列表插入函數(shù)的返回值會(huì)提供一個(gè) *list.Element 結(jié)構(gòu)，這個(gè)結(jié)構(gòu)記錄著列表元素的值以及與其他節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系等信息，從列表中刪除元素時(shí)，需要用到這個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行快速刪除。

遍歷完也能看到最后的結(jié)果

學(xué)習(xí)地址：

goland map底層原理

map 是Go語言中基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在日常的使用中經(jīng)常被用到。但是它底層是如何實(shí)現(xiàn)的呢？

總體來說golang的map是hashmap，是使用數(shù)組+鏈表的形式實(shí)現(xiàn)的，使用拉鏈法消除hash沖突。

golang的map由兩種重要的結(jié)構(gòu)，hmap和bmap(下文中都有解釋)，主要就是hmap中包含一個(gè)指向bmap數(shù)組的指針，key經(jīng)過hash函數(shù)之后得到一個(gè)數(shù)，這個(gè)數(shù)低位用于選擇bmap(當(dāng)作bmap數(shù)組指針的下表)，高位用于放在bmap的[8]uint8數(shù)組中，用于快速試錯(cuò)。然后一個(gè)bmap可以指向下一個(gè)bmap(拉鏈)。

Golang中map的底層實(shí)現(xiàn)是一個(gè)散列表，因此實(shí)現(xiàn)map的過程實(shí)際上就是實(shí)現(xiàn)散表的過程。在這個(gè)散列表中，主要出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)體有兩個(gè)，一個(gè)叫 hmap (a header for a go map)，一個(gè)叫 bmap (a bucket for a Go map，通常叫其bucket)。這兩種結(jié)構(gòu)的樣子分別如下所示：

hmap :

圖中有很多字段，但是便于理解map的架構(gòu)，你只需要關(guān)心的只有一個(gè)，就是標(biāo)紅的字段： buckets數(shù)組 。Golang的map中用于存儲(chǔ)的結(jié)構(gòu)是bucket數(shù)組。而bucket(即bmap)的結(jié)構(gòu)是怎樣的呢？

bucket ：

相比于hmap，bucket的結(jié)構(gòu)顯得簡(jiǎn)單一些，標(biāo)紅的字段依然是“核心”，我們使用的map中的key和value就存儲(chǔ)在這里。“高位哈希值”數(shù)組記錄的是當(dāng)前bucket中key相關(guān)的“索引”，稍后會(huì)詳細(xì)敘述。還有一個(gè)字段是一個(gè)指向擴(kuò)容后的bucket的指針，使得bucket會(huì)形成一個(gè)鏈表結(jié)構(gòu)。例如下圖：

由此看出hmap和bucket的關(guān)系是這樣的：

而bucket又是一個(gè)鏈表，所以，整體的結(jié)構(gòu)應(yīng)該是這樣的：

哈希表的特點(diǎn)是會(huì)有一個(gè)哈希函數(shù)，對(duì)你傳來的key進(jìn)行哈希運(yùn)算，得到唯一的值，一般情況下都是一個(gè)數(shù)值。Golang的map中也有這么一個(gè)哈希函數(shù)，也會(huì)算出唯一的值，對(duì)于這個(gè)值的使用，Golang也是很有意思。

Golang把求得的值按照用途一分為二：高位和低位。

如圖所示，藍(lán)色為高位，紅色為低位。 然后低位用于尋找當(dāng)前key屬于hmap中的哪個(gè)bucket，而高位用于尋找bucket中的哪個(gè)key。上文中提到：bucket中有個(gè)屬性字段是“高位哈希值”數(shù)組，這里存的就是藍(lán)色的高位值，用來聲明當(dāng)前bucket中有哪些“key”，便于搜索查找。 需要特別指出的一點(diǎn)是：我們map中的key/value值都是存到同一個(gè)數(shù)組中的。數(shù)組中的順序是這樣的:

并不是key0/value0/key1/value1的形式，這樣做的好處是：在key和value的長度不同的時(shí)候，可 以消除padding(內(nèi)存對(duì)齊)帶來的空間浪費(fèi) 。

現(xiàn)在，我們可以得到Go語言map的整個(gè)的結(jié)構(gòu)圖了：(hash結(jié)果的低位用于選擇把KV放在bmap數(shù)組中的哪一個(gè)bmap中，高位用于key的快速預(yù)覽，用于快速試錯(cuò))

map的擴(kuò)容

當(dāng)以上的哈希表增長的時(shí)候，Go語言會(huì)將bucket數(shù)組的數(shù)量擴(kuò)充一倍，產(chǎn)生一個(gè)新的bucket數(shù)組，并將舊數(shù)組的數(shù)據(jù)遷移至新數(shù)組。

加載因子

判斷擴(kuò)充的條件，就是哈希表中的加載因子(即loadFactor)。

加載因子是一個(gè)閾值，一般表示為：散列包含的元素?cái)?shù) 除以 位置總數(shù)。是一種“產(chǎn)生沖突機(jī)會(huì)”和“空間使用”的平衡與折中：加載因子越小，說明空間空置率高，空間使用率小，但是加載因子越大，說明空間利用率上去了，但是“產(chǎn)生沖突機(jī)會(huì)”高了。

每種哈希表的都會(huì)有一個(gè)加載因子，數(shù)值超過加載因子就會(huì)為哈希表擴(kuò)容。

Golang的map的加載因子的公式是：map長度 / 2^B(這是代表bmap數(shù)組的長度，B是取的低位的位數(shù))閾值是6.5。其中B可以理解為已擴(kuò)容的次數(shù)。

當(dāng)Go的map長度增長到大于加載因子所需的map長度時(shí)，Go語言就會(huì)將產(chǎn)生一個(gè)新的bucket數(shù)組，然后把舊的bucket數(shù)組移到一個(gè)屬性字段oldbucket中。注意：并不是立刻把舊的數(shù)組中的元素轉(zhuǎn)義到新的bucket當(dāng)中，而是，只有當(dāng)訪問到具體的某個(gè)bucket的時(shí)候，會(huì)把bucket中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到新的bucket中。

如下圖所示：當(dāng)擴(kuò)容的時(shí)候，Go的map結(jié)構(gòu)體中，會(huì)保存舊的數(shù)據(jù)，和新生成的數(shù)組

上面部分代表舊的有數(shù)據(jù)的bucket，下面部分代表新生成的新的bucket。藍(lán)色代表存有數(shù)據(jù)的bucket，橘黃色代表空的bucket。

擴(kuò)容時(shí)map并不會(huì)立即把新數(shù)據(jù)做遷移，而是當(dāng)訪問原來舊bucket的數(shù)據(jù)的時(shí)候，才把舊數(shù)據(jù)做遷移，如下圖：

注意：這里并不會(huì)直接刪除舊的bucket，而是把原來的引用去掉，利用GC清除內(nèi)存。

map中數(shù)據(jù)的刪除

如果理解了map的整體結(jié)構(gòu)，那么查找、更新、刪除的基本步驟應(yīng)該都很清楚了。這里不再贅述。

值得注意的是，找到了map中的數(shù)據(jù)之后，針對(duì)key和value分別做如下操作：

1

2

3

4

1、如果``key``是一個(gè)指針類型的，則直接將其置為空，等待GC清除；

2、如果是值類型的，則清除相關(guān)內(nèi)存。

3、同理，對(duì)``value``做相同的操作。

4、最后把key對(duì)應(yīng)的高位值對(duì)應(yīng)的數(shù)組index置為空。

【golang詳解】go語言GMP(GPM)原理和調(diào)度

Goroutine調(diào)度是一個(gè)很復(fù)雜的機(jī)制，下面嘗試用簡(jiǎn)單的語言描述一下Goroutine調(diào)度機(jī)制，想要對(duì)其有更深入的了解可以去研讀一下源碼。

首先介紹一下GMP什么意思：

G ----------- goroutine: 即Go協(xié)程，每個(gè)go關(guān)鍵字都會(huì)創(chuàng)建一個(gè)協(xié)程。

M ---------- thread內(nèi)核級(jí)線程，所有的G都要放在M上才能運(yùn)行。

P ----------- processor處理器，調(diào)度G到M上，其維護(hù)了一個(gè)隊(duì)列，存儲(chǔ)了所有需要它來調(diào)度的G。

Goroutine 調(diào)度器P和 OS 調(diào)度器是通過 M 結(jié)合起來的，每個(gè) M 都代表了 1 個(gè)內(nèi)核線程，OS 調(diào)度器負(fù)責(zé)把內(nèi)核線程分配到 CPU 的核上執(zhí)行

模型圖：

避免頻繁的創(chuàng)建、銷毀線程，而是對(duì)線程的復(fù)用。

1）work stealing機(jī)制

當(dāng)本線程無可運(yùn)行的G時(shí)，嘗試從其他線程綁定的P偷取G，而不是銷毀線程。

2）hand off機(jī)制

當(dāng)本線程M0因?yàn)镚0進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)用阻塞時(shí)，線程釋放綁定的P，把P轉(zhuǎn)移給其他空閑的線程執(zhí)行。進(jìn)而某個(gè)空閑的M1獲取P，繼續(xù)執(zhí)行P隊(duì)列中剩下的G。而M0由于陷入系統(tǒng)調(diào)用而進(jìn)被阻塞，M1接替M0的工作，只要P不空閑，就可以保證充分利用CPU。M1的來源有可能是M的緩存池，也可能是新建的。當(dāng)G0系統(tǒng)調(diào)用結(jié)束后，根據(jù)M0是否能獲取到P，將會(huì)將G0做不同的處理：

如果有空閑的P，則獲取一個(gè)P，繼續(xù)執(zhí)行G0。

如果沒有空閑的P，則將G0放入全局隊(duì)列，等待被其他的P調(diào)度。然后M0將進(jìn)入緩存池睡眠。

如下圖

GOMAXPROCS設(shè)置P的數(shù)量，最多有GOMAXPROCS個(gè)線程分布在多個(gè)CPU上同時(shí)運(yùn)行

在Go中一個(gè)goroutine最多占用CPU 10ms，防止其他goroutine被餓死。

具體可以去看另一篇文章

【Golang詳解】go語言調(diào)度機(jī)制 搶占式調(diào)度

當(dāng)創(chuàng)建一個(gè)新的G之后優(yōu)先加入本地隊(duì)列，如果本地隊(duì)列滿了，會(huì)將本地隊(duì)列的G移動(dòng)到全局隊(duì)列里面，當(dāng)M執(zhí)行work stealing從其他P偷不到G時(shí)，它可以從全局G隊(duì)列獲取G。

協(xié)程經(jīng)歷過程

我們創(chuàng)建一個(gè)協(xié)程 go func()經(jīng)歷過程如下圖：

說明：

這里有兩個(gè)存儲(chǔ)G的隊(duì)列，一個(gè)是局部調(diào)度器P的本地隊(duì)列、一個(gè)是全局G隊(duì)列。新創(chuàng)建的G會(huì)先保存在P的本地隊(duì)列中，如果P的本地隊(duì)列已經(jīng)滿了就會(huì)保存在全局的隊(duì)列中；處理器本地隊(duì)列是一個(gè)使用數(shù)組構(gòu)成的環(huán)形鏈表，它最多可以存儲(chǔ) 256 個(gè)待執(zhí)行任務(wù)。

G只能運(yùn)行在M中，一個(gè)M必須持有一個(gè)P，M與P是1：1的關(guān)系。M會(huì)從P的本地隊(duì)列彈出一個(gè)可執(zhí)行狀態(tài)的G來執(zhí)行，如果P的本地隊(duì)列為空，就會(huì)想其他的MP組合偷取一個(gè)可執(zhí)行的G來執(zhí)行；

一個(gè)M調(diào)度G執(zhí)行的過程是一個(gè)循環(huán)機(jī)制；會(huì)一直從本地隊(duì)列或全局隊(duì)列中獲取G

上面說到P的個(gè)數(shù)默認(rèn)等于CPU核數(shù)，每個(gè)M必須持有一個(gè)P才可以執(zhí)行G，一般情況下M的個(gè)數(shù)會(huì)略大于P的個(gè)數(shù)，這多出來的M將會(huì)在G產(chǎn)生系統(tǒng)調(diào)用時(shí)發(fā)揮作用。類似線程池，Go也提供一個(gè)M的池子，需要時(shí)從池子中獲取，用完放回池子，不夠用時(shí)就再創(chuàng)建一個(gè)。

work-stealing調(diào)度算法：當(dāng)M執(zhí)行完了當(dāng)前P的本地隊(duì)列隊(duì)列里的所有G后，P也不會(huì)就這么在那躺尸啥都不干，它會(huì)先嘗試從全局隊(duì)列隊(duì)列尋找G來執(zhí)行，如果全局隊(duì)列為空，它會(huì)隨機(jī)挑選另外一個(gè)P，從它的隊(duì)列里中拿走一半的G到自己的隊(duì)列中執(zhí)行。

如果一切正常，調(diào)度器會(huì)以上述的那種方式順暢地運(yùn)行，但這個(gè)世界沒這么美好，總有意外發(fā)生，以下分析goroutine在兩種例外情況下的行為。

Go runtime會(huì)在下面的goroutine被阻塞的情況下運(yùn)行另外一個(gè)goroutine：

用戶態(tài)阻塞/喚醒

當(dāng)goroutine因?yàn)閏hannel操作或者network I/O而阻塞時(shí)（實(shí)際上golang已經(jīng)用netpoller實(shí)現(xiàn)了goroutine網(wǎng)絡(luò)I/O阻塞不會(huì)導(dǎo)致M被阻塞，僅阻塞G，這里僅僅是舉個(gè)栗子），對(duì)應(yīng)的G會(huì)被放置到某個(gè)wait隊(duì)列(如channel的waitq)，該G的狀態(tài)由_Gruning變?yōu)開Gwaitting，而M會(huì)跳過該G嘗試獲取并執(zhí)行下一個(gè)G，如果此時(shí)沒有可運(yùn)行的G供M運(yùn)行，那么M將解綁P，并進(jìn)入sleep狀態(tài)；當(dāng)阻塞的G被另一端的G2喚醒時(shí)（比如channel的可讀/寫通知），G被標(biāo)記為，嘗試加入G2所在P的runnext（runnext是線程下一個(gè)需要執(zhí)行的 Goroutine。）， 然后再是P的本地隊(duì)列和全局隊(duì)列。

系統(tǒng)調(diào)用阻塞

當(dāng)M執(zhí)行某一個(gè)G時(shí)候如果發(fā)生了阻塞操作，M會(huì)阻塞，如果當(dāng)前有一些G在執(zhí)行，調(diào)度器會(huì)把這個(gè)線程M從P中摘除，然后再創(chuàng)建一個(gè)新的操作系統(tǒng)的線程(如果有空閑的線程可用就復(fù)用空閑線程)來服務(wù)于這個(gè)P。當(dāng)M系統(tǒng)調(diào)用結(jié)束時(shí)候，這個(gè)G會(huì)嘗試獲取一個(gè)空閑的P執(zhí)行，并放入到這個(gè)P的本地隊(duì)列。如果獲取不到P，那么這個(gè)線程M變成休眠狀態(tài)， 加入到空閑線程中，然后這個(gè)G會(huì)被放入全局隊(duì)列中。

隊(duì)列輪轉(zhuǎn)

可見每個(gè)P維護(hù)著一個(gè)包含G的隊(duì)列，不考慮G進(jìn)入系統(tǒng)調(diào)用或IO操作的情況下，P周期性的將G調(diào)度到M中執(zhí)行，執(zhí)行一小段時(shí)間，將上下文保存下來，然后將G放到隊(duì)列尾部，然后從隊(duì)列中重新取出一個(gè)G進(jìn)行調(diào)度。

除了每個(gè)P維護(hù)的G隊(duì)列以外，還有一個(gè)全局的隊(duì)列，每個(gè)P會(huì)周期性地查看全局隊(duì)列中是否有G待運(yùn)行并將其調(diào)度到M中執(zhí)行，全局隊(duì)列中G的來源，主要有從系統(tǒng)調(diào)用中恢復(fù)的G。之所以P會(huì)周期性地查看全局隊(duì)列，也是為了防止全局隊(duì)列中的G被餓死。

除了每個(gè)P維護(hù)的G隊(duì)列以外，還有一個(gè)全局的隊(duì)列，每個(gè)P會(huì)周期性地查看全局隊(duì)列中是否有G待運(yùn)行并將其調(diào)度到M中執(zhí)行，全局隊(duì)列中G的來源，主要有從系統(tǒng)調(diào)用中恢復(fù)的G。之所以P會(huì)周期性地查看全局隊(duì)列，也是為了防止全局隊(duì)列中的G被餓死。

M0

M0是啟動(dòng)程序后的編號(hào)為0的主線程，這個(gè)M對(duì)應(yīng)的實(shí)例會(huì)在全局變量rutime.m0中，不需要在heap上分配，M0負(fù)責(zé)執(zhí)行初始化操作和啟動(dòng)第一個(gè)G，在之后M0就和其他的M一樣了

G0

G0是每次啟動(dòng)一個(gè)M都會(huì)第一個(gè)創(chuàng)建的goroutine，G0僅用于負(fù)責(zé)調(diào)度G，G0不指向任何可執(zhí)行的函數(shù)，每個(gè)M都會(huì)有一個(gè)自己的G0，在調(diào)度或系統(tǒng)調(diào)用時(shí)會(huì)使用G0的?？臻g，全局變量的G0是M0的G0

一個(gè)G由于調(diào)度被中斷，此后如何恢復(fù)？

中斷的時(shí)候?qū)⒓拇嫫骼锏臈Ｐ畔?，保存到自己的G對(duì)象里面。當(dāng)再次輪到自己執(zhí)行時(shí)，將自己保存的棧信息復(fù)制到寄存器里面，這樣就接著上次之后運(yùn)行了。

我這里只是根據(jù)自己的理解進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹，想要詳細(xì)了解有關(guān)GMP的底層原理可以去看Go調(diào)度器 G-P-M 模型的設(shè)計(jì)者的文檔或直接看源碼

參考： ()

()

當(dāng)前文章：go語言鏈表是什么 go語言實(shí)現(xiàn)單鏈表反轉(zhuǎn)
網(wǎng)站路徑：http://jinyejixie.com/article30/ddcciso.html

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