Go 的設(shè)計(jì)是一種簡單哲學(xué)，[[423390]]

它摒棄了其他語言一些臃腫的功能和模塊，以降低程序員的學(xué)習(xí)門檻，減少使用中的心智負(fù)擔(dān)。

本文，我們來探討 Go 中缺失的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：Set，以及它的最佳實(shí)現(xiàn)方案。

Set 語義與實(shí)現(xiàn)方案

Set 集合是其他語言中常見的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。特性：集合中的對(duì)象不按特定的方式排序，并且沒有重復(fù)對(duì)象。

學(xué)習(xí) Go ，要記住：Go 沒有包含的東西，不代表 Go 真的沒有。根據(jù) Set 特性，我們可以很輕松地想到使用 map 的實(shí)現(xiàn)方案(因?yàn)?map 的 key 是不重復(fù)的)：把對(duì)象當(dāng)做 key 存入 map。

使用 map 來實(shí)現(xiàn) Set，意味著我們只關(guān)心 key 的存在，其 value 值并不重要。有其他語言編程經(jīng)驗(yàn)的人也許會(huì)選擇 bool 來作為 value，因?yàn)樗瞧渌Z言中內(nèi)存消耗最少的類型(1個(gè)字節(jié))。但是在 Go 中，還有另一種選擇：struct{}。

fmt.Println(unsafe.Sizeof(struct {}{})) // output: 0 

壓測(cè)對(duì)比

為了探究哪種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是作為 value 的最佳選擇。我們選擇了以下常用的類型作為 value 進(jìn)行測(cè)試：bool、int、interface{}、struct{}。

package main 
 
import ( 
 "testing" 
) 
 
const num = int(1 << 24) 
 
// 測(cè)試 bool 類型 
func Benchmark_SetWithBoolValueWrite(b *testing.B) { 
 set := make(map[int]bool) 
 for i := 0; i < num; i++ { 
  set[i] = true 
 } 
} 
 
// 測(cè)試 interface{} 類型 
func Benchmark_SetWithInterfaceValueWrite(b *testing.B) { 
 set := make(map[int]interface{}) 
 for i := 0; i < num; i++ { 
  set[i] = struct{}{} 
 } 
} 
 
// 測(cè)試 int 類型 
func Benchmark_SetWithIntValueWrite(b *testing.B) { 
 set := make(map[int]int) 
 for i := 0; i < num; i++ { 
  set[i] = 0 
 } 
} 
 
// 測(cè)試 struct{} 類型 
func Benchmark_SetWithStructValueWrite(b *testing.B) { 
 set := make(map[int]struct{}) 
 for i := 0; i < num; i++ { 
  set[i] = struct{}{} 
 } 
} 

我們運(yùn)行以下命令，進(jìn)行測(cè)試

$ go test -v -bench=. -count=3 -benchmem | tee result.txt 
goos: darwin 
goarch: amd64 
pkg: workspace/example/demoForSet 
cpu: Intel(R) Core(TM) i5-8279U CPU @ 2.40GHz 
Benchmark_SetWithBoolValueWrite 
Benchmark_SetWithBoolValueWrite-8                1 3549312568 ns/op 883610264 B/op   614311 allocs/op 
Benchmark_SetWithBoolValueWrite-8                1 3288521519 ns/op 883599440 B/op   614206 allocs/op 
Benchmark_SetWithBoolValueWrite-8                1 3264097496 ns/op 883578624 B/op   614003 allocs/op 
Benchmark_SetWithInterfaceValueWrite 
Benchmark_SetWithInterfaceValueWrite-8           1 4397757645 ns/op 1981619632 B/op   614062 allocs/op 
Benchmark_SetWithInterfaceValueWrite-8           1 4088301215 ns/op 1981553392 B/op   613743 allocs/op 
Benchmark_SetWithInterfaceValueWrite-8           1 3990698218 ns/op 1981560880 B/op   613773 allocs/op 
Benchmark_SetWithIntValueWrite 
Benchmark_SetWithIntValueWrite-8                 1 3472910194 ns/op 1412326480 B/op   615131 allocs/op 
Benchmark_SetWithIntValueWrite-8                 1 3519755137 ns/op 1412187928 B/op   614294 allocs/op 
Benchmark_SetWithIntValueWrite-8                 1 3459182691 ns/op 1412057672 B/op   613390 allocs/op 
Benchmark_SetWithStructValueWrite 
Benchmark_SetWithStructValueWrite-8              1 3126746088 ns/op 802452368 B/op   614127 allocs/op 
Benchmark_SetWithStructValueWrite-8              1 3161650835 ns/op 802431240 B/op   613632 allocs/op 
Benchmark_SetWithStructValueWrite-8              1 3160410871 ns/op 802440552 B/op   613748 allocs/op 
PASS 
ok   workspace/example/demoForSet 42.660s 

此時(shí)的結(jié)果看起來不太直觀，這里推薦一個(gè) benchmark 統(tǒng)計(jì)工具：Benchstat。通過以下命令進(jìn)行安裝

$ go get -u golang.org/x/perf/cmd/benchstat 

使用 benchstat 分析剛才得到的 benchmark 結(jié)果文件

$ benchstat result.txt 
name                           time/op 
_SetWithBoolValueWrite-8        3.37s ± 5% 
_SetWithInterfaceValueWrite-8   4.16s ± 6% 
_SetWithIntValueWrite-8         3.48s ± 1% 
_SetWithStructValueWrite-8      3.15s ± 1% 
 
name                           alloc/op 
_SetWithBoolValueWrite-8        884MB ± 0% 
_SetWithInterfaceValueWrite-8  1.98GB ± 0% 
_SetWithIntValueWrite-8        1.41GB ± 0% 
_SetWithStructValueWrite-8      802MB ± 0% 
 
name                           allocs/op 
_SetWithBoolValueWrite-8         614k ± 0% 
_SetWithInterfaceValueWrite-8    614k ± 0% 
_SetWithIntValueWrite-8          614k ± 0% 
_SetWithStructValueWrite-8       614k ± 0% 

從內(nèi)存開銷而言，struct{} 是最小的，反映在執(zhí)行時(shí)間上也是最少的。由于 bool 類型僅占一個(gè)字節(jié)，它相較于空結(jié)構(gòu)而言，相差的并不多。但是，如果使用 interface{} 類型，那差距就很明顯了。

所以，毫無疑問，在 Set 的實(shí)現(xiàn)中， map 值類型應(yīng)該選 struct{}。

總結(jié)

本文雖然討論的是 Set 的實(shí)現(xiàn)方案，但本質(zhì)是涉及空結(jié)構(gòu)體 struct{}{} 的 零內(nèi)存特性。

空結(jié)構(gòu)體除了是實(shí)現(xiàn) Set 的 value 值最佳方案，它還可以應(yīng)用于以下方面：

• 通知信號(hào)的 channel：當(dāng) channel 只用于通知 goroutine 的執(zhí)行事件，此時(shí) channel 就不需要發(fā)送任何實(shí)質(zhì)性的數(shù)據(jù)，選擇使用 chan struct{} 。
• 沒有狀態(tài)數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)體：當(dāng)對(duì)象只擁有方法，而不包含任何的屬性字段時(shí)，選擇使用空結(jié)構(gòu)體定義該對(duì)象。