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Go語(yǔ)言并發(fā)之原子操作詳解

更新時(shí)間：2022年12月29日 09:11:56 作者：機(jī)智的程序員小熊

代碼中的加鎖操作因?yàn)樯婕皟?nèi)核態(tài)的上下文切換會(huì)比較耗時(shí)、代價(jià)比較高。針對(duì)基本數(shù)據(jù)類型我們還可以使用原子操作來(lái)保證并發(fā)安全，本文就來(lái)和大家詳細(xì)聊聊，需要的可以參考下

代碼中的加鎖操作因?yàn)樯婕皟?nèi)核態(tài)的上下文切換會(huì)比較耗時(shí)、代價(jià)比較高。針對(duì)基本數(shù)據(jù)類型我們還可以使用原子操作來(lái)保證并發(fā)安全，因?yàn)樵硬僮魇荊o語(yǔ)言提供的方法它在用戶態(tài)就可以完成，因此性能比加鎖操作更好。Go語(yǔ)言中原子操作由內(nèi)置的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)sync/atomic 提供。

大多數(shù)情況下我們都是針對(duì)基本數(shù)據(jù)類型進(jìn)行數(shù)據(jù)操作，能不加鎖就不加鎖。

首先很多人都不相信基本類型并發(fā)修改會(huì)出現(xiàn)競(jìng)態(tài)問(wèn)題。不妨嘗試一下，并發(fā)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)

無(wú)論輸出多少次都無(wú)法達(dá)到10000,之所以如此就是因?yàn)榇颂幍募?操作并不是原子的，都是先取當(dāng)前值，加1，再賦值，會(huì)出現(xiàn)覆蓋的情況。

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))
}

我們忽略了Uintptr的討論，這是內(nèi)存地址的整數(shù)表示，是用來(lái)存地址內(nèi)容的，暫時(shí)沒(méi)有遇到過(guò)指針的數(shù)據(jù)計(jì)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)

改為原子操作后，發(fā)現(xiàn)每次運(yùn)行都可以得到預(yù)期的結(jié)果10000，

賦值與讀取

在并發(fā)情況下，讀取到某個(gè)變量后，在使用時(shí)變量?jī)?nèi)容可能會(huì)被篡改，所以使用原子讀取。在并發(fā)情況下，為某個(gè)變量賦值的時(shí)候，必須要防止讀取到寫入一半的錯(cuò)誤值，所以要用原子寫入。

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

輸出

100
100

就目前而言，原子讀寫都是為了防止讀寫一半導(dǎo)致數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，但我無(wú)法復(fù)現(xiàn)這種錯(cuò)誤的場(chǎng)景，假如你可以復(fù)現(xiàn)請(qǐng)?jiān)诒疚牡撞糠帕粞浴?/p>

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

也可以存儲(chǔ)其他任意類型，但如果使用到類似append擴(kuò)容原變量的語(yǔ)句，而不是使用直接替換的話，原子操作也是會(huì)失效的。

比較并交換

以下是節(jié)選自《Go并發(fā)編程實(shí)戰(zhàn)》一書中的例子，比較并交換（Compare And Swap）簡(jiǎn)稱CAS，是樂(lè)觀鎖的核心思想，所以簡(jiǎn)單介紹一下。

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

這里一種無(wú)鎖的結(jié)構(gòu)，是一種思路，在需要改變數(shù)據(jù)的時(shí)候，反復(fù)判斷數(shù)據(jù)是否和原數(shù)據(jù)一致
一致時(shí)替換，不一致時(shí)說(shuō)明被它處修改，則跳過(guò)
在不創(chuàng)建互斥量和不形成臨界區(qū)的情況下，完成并發(fā)安全的值替換操作。