目录

一 原子操作理解

对并发的操作,可以利用Go新提出的管道思想,大多数语言都有的锁思想,也可以使用最基础的原子操作。

原子操作的执行过程不能被中断,因为此时CPU不会去执行其他对该值进行的操作。

Go语言提供的原子操作是非侵入式的,由标准库代码包sync/atomic提供了一系列原子操作函数。这些函数可以对一些数据类型进行原子操作:int32,int64,uint32,uint64,uintptr,unsafe.Pointer。这些函数提供的原子操作有5种:增、减、比较并交换、载入、存储、交换。

注意:

  • 不能取地址值的数值无法进行原子操作

  • 在性能上,原子操作比互斥锁性能更高

二 常用原子操作

2.1 原子运算:增/减

增加函数的函数名前缀都是Add开头

    // 原子性的把一个int32类型变量 i32 增大3 ,下列函数返回值必定是已经被修改的值
    newi32 := atomic.AddInt32(&i32, 3)      // 传入指针类型因为该函数需要获得数据的内存位置,以施加特殊的CPU指令

常见的增/减原子操作函数:

  • atomic.AddInt32

  • atomic.AddInt64

  • atomic.AddUint32

  • atomic.AddUint64

  • atomic.AddUintptr

注意:

  • 如果需要执行减少操作,可以这样书写 atomic.AddInt32(&i32, -3)

  • 对uint32执行增加NN(代表负整数,增加NN也可以理解为减少-NN):atomic.AddUint32(&ui32, ^uint32(-NN-1)) # 原理:补码

  • 对uint64以此类推

  • 不存在atomic.AddPointer的函数,因为unsafe.Poniter类型的值无法被增减

2.2 原子运算:比较与替换

比较并替换即“Compare And Swap”,简称CAS。该类原子操作名称都以CompareAndSwap为前缀。

举例:

    // 参数一:被操作数 参数二和参数三代表被操作数的旧值和新值
    func CompareAndSwapInt32(addr *int32, old, new int32)(swap bool)

CAS的一些特点:

  • CAS与锁相比,明显不同是它总是假设操作值未被改变,一旦确认这个假设为真,立即进行替换。所以锁的做法趋于悲观,CAS的做法趋于乐观。

  • CAS的优势:可以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,可以大大减少性能损耗。

  • CAS的劣势:在被操作之被频繁变更的情况下,CAS操作容易失败,有时候需要for循环判断返回结构的bool来进行多次尝试

  • CAS操作不会阻塞协程,但是仍可能使流程执行暂时停滞(这种停滞极短)

应用场景:并发安全的更新一些类型的值,可以优先选择CAS操作。

2.3 原子读取:载入

为了原子的读取数值,Go提供了一系列载入函数,名称以Load为前缀。

CAS与载入的配合示例:

// value 增加 num
func addValue(value,num int32) {
    for {
        v := atomic.LoadInt32(&value)
        if atomic.ComapreAndSwapInt32(&value, v, (v + num)) {
            break
        }
    }
}

2.4 原子写入:存储

在原子存储时,任何CPU都不会进行针对同一个值的读写操作,此时不会出现并发时候,别人读取到了修改了一半的值。

Go的sync/atomic包提供的存储函数都是以Store为前缀。

示例:

// 参数一位被操作数据的指针 参数二是要存储的新值
atomic.StoreInt32(i *int3, v int32)     

Go原子存储的特点:存储操作总会成功,因为u关心被操作值的旧值是什么,这与CAS有明显区别。

2.5 交换

交换与CAS操作相似,但是交换不关心被操作数据的旧值,而是直接设置新值,不过会返回被操作值的旧值。交换操作比CAS操作的约束更少,且比载入操作功能更强。
在Go中,交换操作都以Swap为前缀,示例:

// 参数一是被操作值指针  参数二是新值  返回值为旧值
atomic.SwapInt32(i *int32, v int32)         

三 原子值

Go还提供了sync/atomic.Value类型的结构体,用于存储需要原子读写的值。该类型与第二章中的原子操作最大的区别是,可接受的值类型不限。

示例:

    var atomicV atomic.Value

该结构体包含的方法:

  • Load:原子的读取原子值实例的值,返回interface{}类型结果

  • Store:原子的向原子值实例中存储值,接受一个interface{}类型参数(不能是nil),无返回结果

注意:

  • 如果一个原子值没有通过Store方法存储值,那么其Load方法总是返回nil

  • 原子值实例一旦存储了一个类型的值,后续再次Store存储时,存储的值必须也是原有的类型

尤其注意:atomic.Value变量(指针类型变量除外)声明后,值不应该被赋值到别处,比如赋值给别的变量,作为参数值传入函数,作为结果值从函数返回等等,这样会有安全隐患。 因为结构体值的复制不但会生产该值的副本,还会生成其中字段的副本,会造成并发安全保护失效。