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golang 系列:atomic 原子操作

sync/atomic 介绍

当我们想要对某个变量并发安全的修改,除了使用官方提供的 mutex,还可以使用 sync/atomic 包的原子操作,它能够保证对变量的读取或修改期间不被其他的协程所影响。

atomic 包的原子操作是通过 CPU 指令,也就是在硬件层次去实现的,性能较好,不需要像 mutex 那样记录很多状态。 当然,mutex 不止是对变量的并发控制,更多的是对代码块的并发控制,2 者侧重点不一样。

sync/atomic 操作

atomic 包有几种原子操作,主要是 Add、CompareAndSwap、Load、Store、Swap。

Add

atomic 的 Add 是针对 int 和 uint 进行原子加值的:

func AddInt32(addr *int32, delta int32) (new int32)
func AddUint32(addr *uint32, delta uint32) (new uint32)
func AddInt64(addr *int64, delta int64) (new int64)
func AddUint64(addr *uint64, delta uint64) (new uint64)
func AddUintptr(addr *uintptr, delta uintptr) (new uintptr)

CompareAndSwap

比较并交换方法实现了类似乐观锁的功能,只有原来的值和传入的 old 值一样,才会去修改:

func CompareAndSwapInt32(addr *int32, old, new int32) (swapped bool)
func CompareAndSwapInt64(addr *int64, old, new int64) (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)
func CompareAndSwapPointer(addr *unsafe.Pointer, old, new unsafe.Pointer) (swapped bool)

需要注意的是,CompareAndSwap 有可能产生 ABA 现象发生。也就是原来的值是 A,后面被修改 B,再后面修改为 A。在这种情况下也符合了 CompareAndSwap 规则,即使中途有被改动过。

Load

Load 方法是为了防止在读取过程中,有其他协程发起修改动作,影响了读取结果,常用于配置项的整个读取。

func LoadInt32(addr *int32) (val int32)
func LoadInt64(addr *int64) (val int64)
func LoadUint32(addr *uint32) (val uint32)
func LoadUint64(addr *uint64) (val uint64)
func LoadUintptr(addr *uintptr) (val uintptr)
func LoadPointer(addr *unsafe.Pointer) (val unsafe.Pointer)

Store

有原子读取,就有原子修改值,前面提到过的 Add 只适用于 int、uint 类型的增减,并没有其他类型的修改,而 Sotre 方法通过 unsafe.Pointer 指针原子修改,来达到了对其他类型的修改。

func StoreInt32(addr *int32, val int32)
func StoreInt64(addr *int64, val int64)
func StoreUint32(addr *uint32, val uint32)
func StoreUint64(addr *uint64, val uint64)
func StoreUintptr(addr *uintptr, val uintptr)
func StorePointer(addr *unsafe.Pointer, val unsafe.Pointer)

Swap

Swap 方法实现了对值的原子交换,不仅 int,uint 可以交换,指针也可以。

func SwapInt32(addr *int32, new int32) (old int32)
func SwapInt64(addr *int64, new int64) (old int64)
func SwapUint32(addr *uint32, new uint32) (old uint32)
func SwapUint64(addr *uint64, new uint64) (old uint64)
func SwapUintptr(addr *uintptr, new uintptr) (old uintptr)
func SwapPointer(addr *unsafe.Pointer, new unsafe.Pointer) (old unsafe.Pointer)

总结

atomic 很多时候可能都没有使用上,毕竟 mutex 的拓展性比较好,使用起来也比较友好。但这并不妨碍我们对极致性能的追求,有时候,细节决定了性能!


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