Go语言并发之原子操作详解

时间:2022-12-29 机智的程序员小熊人气:0

代码中的加锁操作因为涉及内核态的上下文切换会比较耗时、代价比较高。针对基本数据类型我们还可以使用原子操作来保证并发安全，因为原子操作是Go语言提供的方法它在用户态就可以完成，因此性能比加锁操作更好。Go语言中原子操作由内置的标准库sync/atomic 提供。

大多数情况下我们都是针对基本数据类型进行数据操作，能不加锁就不加锁。

首先很多人都不相信基本类型并发修改会出现竞态问题。不妨尝试一下，并发加一。

var wg sync.WaitGroup
for i := 0; i < 10000; i++ {
wg.Add(1)
go func () {
defer wg.Done()
xInt32++
}()
}
wg.Wait()
print(xInt32)

无论输出多少次都无法达到10000,之所以如此就是因为此处的加1操作并不是原子的，都是先取当前值，加1，再赋值，会出现覆盖的情况。

修改

修改是最常用到的。

func modify(delta int32) {
atomic.AddInt32(&xInt32, delta)
atomic.AddInt64(&xInt64, int64(delta))
atomic.AddUint32(&xuInt32, uint32(delta))
atomic.AddUint64(&xuInt64, uint64(delta))
}

我们忽略了Uintptr的讨论，这是内存地址的整数表示，是用来存地址内容的，暂时没有遇到过指针的数据计算。

var wg sync.WaitGroup
for i := 0; i < 10000; i++ {
wg.Add(1)
go func () {
defer wg.Done()
//xInt32++
modify(1)
}()
}
wg.Wait()
print(xInt32)

改为原子操作后，发现每次运行都可以得到预期的结果10000，

赋值与读取

在并发情况下，读取到某个变量后，在使用时变量内容可能会被篡改，所以使用原子读取。在并发情况下，为某个变量赋值的时候，必须要防止读取到写入一半的错误值，所以要用原子写入。

var xInt32 int32
atomic.StoreInt32(&xInt32, 100)
println(xInt32)
v := atomic.LoadInt32(&xInt32)
println(v)

输出

100
100

就目前而言，原子读写都是为了防止读写一半导致数据错误，但我无法复现这种错误的场景，假如你可以复现请在本文底部放留言。

var v atomic.Value
v.Store([]int{})
fmt.Println(v.Load().([]int))

也可以存储其他任意类型，但如果使用到类似append扩容原变量的语句，而不是使用直接替换的话，原子操作也是会失效的。

比较并交换

以下是节选自《Go并发编程实战》一书中的例子，比较并交换（Compare And Swap）简称CAS，是乐观锁的核心思想，所以简单介绍一下。

var xInt32 int32
for {
    v := atomic.LoadInt32(&xInt32)
    if atomic.CompareAndSwapInt32(&xInt32, v, v+100) {
        break
    }
}
print(xInt32)

这里一种无锁的结构，是一种思路，在需要改变数据的时候，反复判断数据是否和原数据一致
一致时替换，不一致时说明被它处修改，则跳过
在不创建互斥量和不形成临界区的情况下，完成并发安全的值替换操作。

小结

1.最常用原子操作中的修改、基本类型的值赋值，其他不常用

2.在其他类型出现并发的时候尽可能使用sync包提供的并发安全的类型，下一节讲。

3.通过通信共享内存；不要通过共享内存进行通信。尽量使用通道。

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