Go atomic
2021-03-30 本文已影响0人
JunChow520
原子操作是指执行过程中不能被终端的操作，即针对某个值的原子操作过程中CPU绝对不会再去进行其它操作。为实现严谨，原子操作由一个独立的CPU指令代表和完成，并由操作系统提供调用，因此在并发环境下才能保证原子操作的绝对安全。
原子操作是能够保证执行期间是连续且不会被中断的，临界区只能保证访问共享数据是按顺序访问，但并不能保证访问期间不会被切换上下文。
Golang提供的原子操作都是非入侵式的，由标准库sync/atmoic包提供了原子操作的能力，直接由底层CPU硬件支持，因而比基于操作系统API的锁方式效率更高。
- Golang中原子操作的数据类型包括
int32、int64、uint32、uint64、uintptr、unsafe.Pointer六种。 - Golang的原子操作包括增减
add、比较并交换cas、载入load、存储store、交换swap共计五种。 - 原子操作函数第一个参数需要传入变量地址的，因为原子函数需要改变变量的值。
- 原子操作函数可以给
add传入负数来减法，因为计算机内部是补码加法，没有减法。 - 比较并交换
cas操作实际上是带条件的交换swap操作，只有符合条件才交换。
Golang在sync包中已经提供了锁，为什么还需要使用atomic原子操作呢？
- 加锁的代价比较耗时，需要上下文切换。
- 原子操作只针对基本数据类型，可以使用原子操作保证线程安全。
- 原子操作在用户态可以完成，性能比互斥锁要高。
- 针对特定需求原子操作步骤简单，无需加锁解锁步骤。
增减Add
- 用于进行增加和减少的原子操作，函数名以
Add为前缀，后跟针对特定类型的名称。 - 原子增被操作的值类型只能是数值类型，即
int32、int64、uint32、uint64、uintptr。 - 原子增减函数的第一个参数为原值，第二个是要增减多少。
func AddInt32(addr *int32, delta int32) (new int32)
例如：
var count int64
count = 100
atomic.AddInt64(&count, -10) //并发环境安全执行加法操作
value := atomic.LoadInt64(&count)
fmt.Printf("%T %v\n", count, value) //int64 90
例如：使用原子函数避免资源竞争
package test
import (
"fmt"
"runtime"
"sync"
"sync/atomic"
"testing"
)
var (
wg sync.WaitGroup
count int64
)
func increase(n int64) {
defer wg.Done()
for i := 0; i < 3; i++ {
atomic.AddInt64(&count, n)
runtime.Gosched()
}
}
func TestAtomic(t *testing.T) {
wg.Add(2)
fmt.Println("create goroutine")
go increase(1)
go increase(2)
fmt.Println("waiting to finish")
wg.Wait()
fmt.Printf("final count is %v\n", count) //9
}
载入Load
原子性的读取操作接受一个对应类型的指针值，返回该指针指向的值。原子性读取意味着读取值的同时，当前计算机的任何CPU都不会进行针对值的读写操作。
func LoadInt32(addr *int32) (val int32)
例如：
在32位计算架构的计算机上写入一个64位的整数时，如果在这个写操作尚未完成的时候，有一个读操作被并发的执行了，那么这个读操作很有可能会读取到一个只有被修改了一半的数据。
for循环中，当使用v:=value为变量v赋值时，需要注意的是由于读取value的值的操作并不是并发安全的。因此在读取操作时其它对其的读写操作可能会同时发生。
存储Store
func StoreInt32(addr *int32, val int32)
原子性存储会将val值保存到*addr中
与读操作对应的写入操作，sync/atomic提供了与原子值载入Load函数相对应的原子值存储Store函数，原子性存储函数均以Store为前缀。
交换Swap
func SwapInt32(addr *int32, new int32) (old int32)
原子性交换会将新值保存到*addr并返回旧值
比较并交换CAS
比较并交换（Compare And Swap，CAS）是sync锁操作的基础，sync.mutex是基于CAS方法来判断是否获取了锁。
func CompareAndSwapInt32(addr *int32, old, new int32) (swapped bool)
