hi, 大家好，我是 haohongfan。
本篇文章会从使用方式和原码角度剖析 sync.Map。不过不管是日常开发还是开源项目中，好像 sync.Map 并没有得到很好的利用，大家还是习惯使用 Mutex + Map 来使用。
下面这段代码，看起来很有道理，其实是用错了（背景：并发场景中获取注册信息）。
instance, ok := instanceMap[name]
if ok {
return instance, nil
}
initLock.Lock()
defer initLock.Unlock()
// double check
instance, ok = instanceMap[name]
if ok {
return instance, nil
}
这里使用使用 sync.Map 会更合理些，因为 sync.Map 底层完全包含了这个逻辑。可能写 Java 的同学看着上面这段代码很眼熟，但确实是用错了，关于为什么用错了以及会造成什么影响，请大家关注后续的文章。
我大概分析了下大家宁愿使用 Mutex + Map，也不愿使用 sync.Map 的原因：
- sync.Map 本身就很难用，使用起来并不像一个 Map。失去了 map 应有的特权语法，如：make, map[1] 等
- sync.Map 方法较多。让一个简单的 Map 使用起来有了较高的学习成本。
不管什么样的原因吧，当你读过这篇文章后，在某些特定的并发场景下，建议使用 sync.Map 代替 Map + Mutex 的。
用法全解
package main
import (
"fmt"
"sync"
)
func main() {
var syncMap sync.Map
syncMap.Store("11", 11)
syncMap.Store("22", 22)
fmt.Println(syncMap.Load("11")) // 11
fmt.Println(syncMap.Load("33")) // 空
fmt.Println(syncMap.LoadOrStore("33", 33)) // 33
fmt.Println(syncMap.Load("33")) // 33
fmt.Println(syncMap.LoadAndDelete("33")) // 33
fmt.Println(syncMap.Load("33")) // 空
syncMap.Range(func(key, value interface{}) bool {
fmt.Printf("key:%v value:%v\n", key, value)
return true
})
// key:22 value:22
// key:11 value:11
}
其实 sync.Map 并不复杂，只是将普通 map 的相关操作转成对应函数而已。
| 普通 map | sync.Map | |
|---|---|---|
| map 获取某个 key | map[1] | sync.Load(1) |
| map 添加元素 | map[1] = 10 | sync.Store(1, 10) |
| map 删除一个 key | delete(map, 1) | sync.Delete(1) |
| 遍历 map | for...range | sync.Range() |
sync.Map 两个特有的函数，不过从字面就能理解是什么意思了。
LoadOrStore：sync.Map 存在就返回，不存在就插入
LoadAndDelete：sync.Map 获取某个 key，如果存在的话，同时删除这个 key
源码解析
type Map struct {
mu Mutex
read atomic.Value // readOnly read map
dirty map[interface{}]*entry // dirty map
misses int
}
read map 的值是什么时间更新的 ？
- Load/LoadOrStore/LoadAndDelete 时，当 misses 数量大于等于 dirty map 的元素个数时，会整体复制 dirty map 到 read map
- Store/LoadOrStore 时，当 read map 中存在这个key，则更新
- Delete/LoadAndDelete 时，如果 read map 中存在这个key，则设置这个值为 nil
dirty map 的值是什么时间更新的 ？
- 完全是一个新 key， 第一次插入 sync.Map，必先插入 dirty map
- Store/LoadOrStore 时，当 read map 中不存在这个key，在 dirty map 存在这个key，则更新
- Delete/LoadAndDelete 时，如果 read map 中不存在这个key，在 dirty map 存在这个key，则从 dirty map 中删除这个key
- 当 misses 数量大于等于 dirty map 的元素个数时，会整体复制 dirty map 到 read map，同时设置 dirty map 为 nil
疑问：当 dirty map 复制到 read map 后，将 dirty map 设置为 nil，也就是 dirty map 中就不存在这个 key 了。如果又新插入某个 key，多次访问后达到了 dirty map 往 read map 复制的条件，如果直接用 read map 覆盖 dirty map，那岂不是就丢了之前在 read map 但不在 dirty map 的 key ?
答：其实并不会。当 dirty map 向 read map 复制后，readOnly.amended 等于了 false。当新插入了一个值时，会将 read map 中的值，重新给 dirty map 赋值一遍，也就是 read map 也会向 dirty map 中复制。
func (m *Map) dirtyLocked() {
if m.dirty != nil {
return
}
read, _ := m.read.Load().(readOnly)
m.dirty = make(map[interface{}]*entry, len(read.m))
for k, e := range read.m {
if !e.tryExpungeLocked() {
m.dirty[k] = e
}
}
}
read map 和 dirty map 是什么时间删除的？
- 当 read map 中存在某个 key 的时候，这个时候只会删除 read map， 并不会删除 dirty map（因为 dirty map 不存在这个值）
- 当 read map 中不存在时，才会去删除 dirty map 里面的值
疑问：如果按照这个删除方式，那岂不是 dirty map 中会有残余的 key，导致没删除掉？
答：其实并不会。当 misses 数量大于等于 dirty map 的元素个数时，会整体复制 dirty map 到 read map。这个过程中还附带了另外一个操作：将 dirty map 置为 nil。
func (m *Map) missLocked() {
m.misses++
if m.misses < len(m.dirty) {
return
}
m.read.Store(readOnly{m: m.dirty})
m.dirty = nil
m.misses = 0
}
read map 与 dirty map 的关系 ？
- 在 read map 中存在的值，在 dirty map 中可能不存在。
- 在 dirty map 中存在的值，在 read map 中也可能存在。
- 当访问多次，发现 dirty map 中存在，read map 中不存在，导致 misses 数量大于等于 dirty map 的元素个数时，会整体复制 dirty map 到 read map。
- 当出现 dirty map 向 read map 复制后，dirty map 会被置成 nil。
- 当出现 dirty map 向 read map 复制后，readOnly.amended 等于了 false。当新插入了一个值时，会将 read map 中的值，重新给 dirty map 赋值一遍
read/dirty map 中的值一定是有效的吗？
并不一定。放入到 read/dirty map 中的值总共有 3 种类型：
- nil：如果获取到的 value 是 nil，那说明这个 key 是已经删除过的。既不在 read map，也不在 dirty map
- expunged：这个 key 在 dirty map 中是不存在的
- valid：其实就正常的情况，要么这个值存在在 read map 中，要么存在在 dirty map 中
sync.Map 是如何提高性能的？
通过源码解析，我们知道 sync.Map 里面有两个普通 map，read map主要是负责读，dirty map 是负责读和写（加锁）。在读多写少的场景下，read map 的值基本不发生变化，可以让 read map 做到无锁操作，就减少了使用 Mutex + Map 必须的加锁/解锁环节，因此也就提高了性能。
不过也能够看出来，read map 也是会发生变化的，如果某些 key 写操作特别频繁的话，sync.Map 基本也就退化成了 Mutex + Map（有可能性能还不如 Mutex + Map）。
所以，不是说使用了 sync.Map 就一定能提高程序性能，我们日常使用中尽量注意拆分粒度来使用 sync.Map。
关于如何分析 sync.Map 是否优化了程序性能，同样可以使用 pprof。具体过程可以参考 《这可能是最容易理解的 Go Mutex 源码剖析》
sync.Map 应用场景
- 读多写少
- 写操作也多，但是修改的 key 和读取的 key 特别不重合。
关于第二点我觉得挺扯的，毕竟我们很难把控这一点，不过由于是官方的注释还是放在这里。
实际开发中我们要注意使用场景和擅用 pprof 来分析程序性能。
sync.Map 使用注意点
和 Mutex 一样， sync.Map 也同样不能被复制，因为 atomic.Value 是不能被复制的。
参考链接
- https://golang.design/under-the-hood/zh-cn/part1basic/ch05sync/map/
- https://draveness.me/golang-sync-primitives/
- https://github.com/golang/go/blob/master/src/sync/map.go
sync.Map 完整流程图获取链接：链接: https://pan.baidu.com/s/16yEnZFbXwSe3qkvX1zi-Wg 密码: 8w8k。