Go 原子操作

程序员薛锦

Building tools for humans.

本文讲解 golang 中 sync.atomic 的常见操作

atomic 提供的原子操作能够确保任一时刻只有一个goroutine对变量进行操作，善用 atomic 能够避免程序中出现大量的锁操作。

atomic常见操作有：

增减
载入
比较并交换
交换
存储

下面将分别介绍这些操作。

增减操作

atomic 包中提供了如下以Add为前缀的增减操作:

- func AddInt32(addr *int32, delta int32) (new int32)

- func AddInt64(addr *int64, delta int64) (new int64)

- func AddUint32(addr *uint32, delta uint32) (new uint32)

- func AddUint64(addr *uint64, delta uint64) (new uint64)

- func AddUintptr(addr *uintptr, delta uintptr) (new uintptr)

需要注意的是，第一个参数必须是指针类型的值，通过指针变量可以获取被操作数在内存中的地址，从而施加特殊的CPU指令，确保同一时间只有一个goroutine能够进行操作。

使用举例：

package main
import (
    "fmt"
    "sync/atomic"
    "time"
)

func main() {
   var opts int64 = 0

   for i := 0; i < 50; i++ { 
       // 注意第一个参数必须是地址
       atomic.AddInt64(&opts, 3) //加操作
       //atomic.AddInt64(&opts, -1) 减操作
       time.Sleep(time.Millisecond)
   }
   time.Sleep(time.Second)

   fmt.Println("opts: ", atomic.LoadInt64(&opts))
}

载入操作

atomic 包中提供了如下以Load为前缀的增减操作:

- func LoadInt32(addr *int32) (val int32)

- func LoadInt64(addr *int64) (val int64)

- func LoadPointer(addr *unsafe.Pointer) (val unsafe.Pointer)

- func LoadUint32(addr *uint32) (val uint32)

- func LoadUint64(addr *uint64) (val uint64)

- func LoadUintptr(addr *uintptr) (val uintptr)

载入操作能够保证原子的读变量的值，当读取的时候，任何其他CPU操作都无法对该变量进行读写，其实现机制受到底层硬件的支持。见上述例子中的atomic.LoadInt64(&opts)。

比较并交换

该操作简称 CAS(Compare And Swap)。这类操作的前缀为 CompareAndSwap :

- func CompareAndSwapInt32(addr *int32, old, new int32) (swapped bool)

- func CompareAndSwapInt64(addr *int64, old, new int64) (swapped bool)

- func CompareAndSwapPointer(addr *unsafe.Pointer, old, new unsafe.Pointer) (swapped bool)

- func CompareAndSwapUint32(addr *uint32, old, new uint32) (swapped bool)

- func CompareAndSwapUint64(addr *uint64, old, new uint64) (swapped bool)

- func CompareAndSwapUintptr(addr *uintptr, old, new uintptr) (swapped bool)

该操作在进行交换前首先确保变量的值未被更改，即仍然保持参数 old 所记录的值，满足此前提下才进行交换操作。CAS的做法类似操作数据库时常见的乐观锁机制。

需要注意的是，当有大量的goroutine 对变量进行读写操作时，可能导致CAS操作无法成功，这时可以利用for循环多次尝试。

使用示例：

var value int64

func atomicAddOp(tmp int64) {
for {
       oldValue := value
       if atomic.CompareAndSwapInt64(&value, oldValue, oldValue+tmp) {
           return
       }
   }
}