原子操作就是不可中斷的操作，外界是看不到原子操作的中間狀態(tài)，要么看到原子操作已經(jīng)完成，要么看到原子操作已經(jīng)結(jié)束。在某個(gè)值的原子操作執(zhí)行的過程中，CPU絕對(duì)不會(huì)再去執(zhí)行其他針對(duì)該值的操作，那么其他操作也是原子操作。

Go語言中提供的原子操作都是非侵入式的，在標(biāo)準(zhǔn)庫代碼包sync/atomic中提供了相關(guān)的原子函數(shù)。

增或減

用于增或減的原子操作的函數(shù)名稱都是以"Add"開頭的，后面跟具體的類型名，比如下面這個(gè)示例就是int64類型的原子減操作

func main() {
   var  counter int64 =  23
   atomic.AddInt64(&counter,-3)
   fmt.Println(counter)
}
---output---
20

原子函數(shù)的第一個(gè)參數(shù)都是指向變量類型的指針，是因?yàn)樵硬僮餍枰涝撟兞吭趦?nèi)存中的存放位置，然后加以特殊的CPU指令，也就是說對(duì)于不能取得內(nèi)存存放地址的變量是無法進(jìn)行原子操作的。第二個(gè)參數(shù)的類型會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)換為與第一個(gè)參數(shù)相同的類型。此外，原子操作會(huì)自動(dòng)將操作后的值賦值給變量，無需我們自己手動(dòng)賦值了。

對(duì)于 atomic.AddUint32() 和 atomic.AddUint64() 的第二個(gè)參數(shù)為 uint32 與 uint64，因此無法直接傳遞一個(gè)負(fù)的數(shù)值進(jìn)行減法操作，Go語言提供了另一種方法來迂回實(shí)現(xiàn)：使用二進(jìn)制補(bǔ)碼的特性

注意：unsafe.Pointer 類型的值無法被加減。

比較并交換（Compare And Swap）

簡(jiǎn)稱CAS，在標(biāo)準(zhǔn)庫代碼包sync/atomic中以”Compare And Swap“為前綴的若干函數(shù)就是CAS操作函數(shù)，比如下面這個(gè)

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

第一個(gè)參數(shù)的值是這個(gè)變量的指針，第二個(gè)參數(shù)是這個(gè)變量的舊值，第三個(gè)參數(shù)指的是這個(gè)變量的新值。

運(yùn)行過程：調(diào)用CompareAndSwapInt32 后，會(huì)先判斷這個(gè)指針上的值是否跟舊值相等，若相等，就用新值覆蓋掉這個(gè)值，若相等，那么后面的操作就會(huì)被忽略掉。返回一個(gè) swapped 布爾值，表示是否已經(jīng)進(jìn)行了值替換操作。

與鎖有不同之處：鎖總是假設(shè)會(huì)有并發(fā)操作修改被操作的值，而CAS總是假設(shè)值沒有被修改，因此CAS比起鎖要更低的性能損耗，鎖被稱為悲觀鎖，而CAS被稱為樂觀鎖。

CAS的使用示例

var value int32
func AddValue(delta int32)  {
   for {
      v:= value
      if atomic.CompareAndSwapInt32(&value,v,(v+delta)) {
         break
      }
   }
}

由示例可以看出，我們需要多次使用for循環(huán)來判斷該值是否已被更改，為了保證CAS操作成功，僅在 CompareAndSwapInt32 返回為 true時(shí)才退出循環(huán)，這跟自旋鎖的自旋行為相似。

載入與存儲(chǔ)

對(duì)一個(gè)值進(jìn)行讀或?qū)憰r(shí)，并不代表這個(gè)值是最新的值，也有可能是在在讀或?qū)懙倪^程中進(jìn)行了并發(fā)的寫操作導(dǎo)致原值改變。為了解決這問題，Go語言的標(biāo)準(zhǔn)庫代碼包sync/atomic提供了原子的讀?。↙oad為前綴的函數(shù)）或?qū)懭耄⊿tore為前綴的函數(shù)）某個(gè)值

將上面的示例改為原子讀取

var value int32
func AddValue(delta int32)  {
   for {
      v:= atomic.LoadInt32(&value)
      if atomic.CompareAndSwapInt32(&value,v,(v+delta)) {
         break
      }
   }
}

原子寫入總會(huì)成功，因?yàn)樗恍枰P(guān)心原值是什么，而CAS中必須關(guān)注舊值，因此原子寫入并不能代替CAS，原子寫入包含兩個(gè)參數(shù)，以下面的StroeInt32為例：

//第一個(gè)參數(shù)是被操作值的指針，第二個(gè)是被操作值的新值
func StoreInt32(addr *int32, val int32) 

交換

這類操作都以”Swap“開頭的函數(shù)，稱為”原子交換操作“，功能與之前說的CAS操作與原子寫入操作有相似之處。

func SwapInt32(addr *int32, new int32) (old int32)

以 SwapInt32 為例，第一個(gè)參數(shù)是int32類型的指針，第二個(gè)是新值。原子交換操作不需要關(guān)心原值，而是直接設(shè)置新值，但是會(huì)返回被操作值的舊值。

原子值

Go語言的標(biāo)準(zhǔn)庫代碼包sync/atomic中有一個(gè)叫做Value的原子值，它是一個(gè)結(jié)構(gòu)體類型，用于存儲(chǔ)需要原子讀寫的值，結(jié)構(gòu)體如下

// Value提供原子加載并存儲(chǔ)一致類型的值。
// Value的零值從Load返回nil。
//調(diào)用Store后，不得復(fù)制值。
//首次使用后不得復(fù)制值。
type Value struct {
   v interface{}
}

可以看出結(jié)構(gòu)體內(nèi)是一個(gè) v interface{}，也就是說 該Value原子值可以保存任何類型的需要原子讀寫的值。

使用方式如下：

var Atomicvalue  atomic.Value

該類型有兩個(gè)公開的指針方法

//原子的讀取原子值實(shí)例中存儲(chǔ)的值，返回一個(gè) interface{} 類型的值，且不接受任何參數(shù)。
//若未曾通過store方法存儲(chǔ)值之前，會(huì)返回nil
func (v *Value) Load() (x interface{})

//原子的在原子實(shí)例中存儲(chǔ)一個(gè)值，接收一個(gè) interface{} 類型（不能為nil）的參數(shù)，且不會(huì)返回任何值
func (v *Value) Store(x interface{})

一旦原子值實(shí)例存儲(chǔ)了某個(gè)類型的值，那么之后Store存儲(chǔ)的值就必須是與該類型一致，否則就會(huì)引發(fā)panic。

嚴(yán)格來講，atomic.Value類型的變量一旦被聲明，就不應(yīng)該被復(fù)制到其他地方。比如：作為源值賦值給其他變量，作為參數(shù)傳遞給函數(shù)，作為結(jié)果值從函數(shù)返回，作為元素值通過通道傳遞，這些都會(huì)造成值的復(fù)制。

但是atomic.Value類型的指針類型變量就不會(huì)存在這個(gè)問題，原因是對(duì)結(jié)構(gòu)體的復(fù)制不但會(huì)生成該值的副本，還會(huì)生成其中字段的副本，這樣那么并發(fā)引發(fā)的值變化都與原值沒關(guān)系了。

看下面這個(gè)小示例

func main() {
   var Atomicvalue  atomic.Value
   Atomicvalue.Store([]int{1,2,3,4,5})
   anotherStore(Atomicvalue)
   fmt.Println("main: ",Atomicvalue)
}

func anotherStore(Atomicvalue atomic.Value)  {
   Atomicvalue.Store([]int{6,7,8,9,10})
   fmt.Println("anotherStore: ",Atomicvalue)
}
---output---
anotherStore:  {[6 7 8 9 10]}
main:  {[1 2 3 4 5]}

原子操作與互斥鎖的區(qū)別

互斥鎖是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，使你可以執(zhí)行一系列互斥操作。而原子操作是互斥的單個(gè)操作，這意味著沒有其他線程可以打斷它。那么就Go語言里atomic包里的原子操作和sync包提供的同步鎖有什么不同呢？

首先atomic操作的優(yōu)勢(shì)是更輕量，比如CAS可以在不形成臨界區(qū)和創(chuàng)建互斥量的情況下完成并發(fā)安全的值替換操作。這可以大大的減少同步對(duì)程序性能的損耗。

原子操作也有劣勢(shì)。還是以CAS操作為例，使用CAS操作的做法趨于樂觀，總是假設(shè)被操作值未曾被改變（即與舊值相等），并一旦確認(rèn)這個(gè)假設(shè)的真實(shí)性就立即進(jìn)行值替換，那么在被操作值被頻繁變更的情況下，CAS操作并不那么容易成功。而使用互斥鎖的做法則趨于悲觀，我們總假設(shè)會(huì)有并發(fā)的操作要修改被操作的值，并使用鎖將相關(guān)操作放入臨界區(qū)中加以保護(hù)。

所以總結(jié)下來原子操作與互斥鎖的區(qū)別有：

互斥鎖是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用來讓一個(gè)線程執(zhí)行程序的關(guān)鍵部分，完成互斥的多個(gè)操作。
原子操作是針對(duì)某個(gè)值的單個(gè)互斥操作。
可以把互斥鎖理解為悲觀鎖，共享資源每次只給一個(gè)線程使用，其它線程阻塞，用完后再把資源轉(zhuǎn)讓給其它線程。
atomic包提供了底層的原子性內(nèi)存原語，這對(duì)于同步算法的實(shí)現(xiàn)很有用。這些函數(shù)一定要非常小心地使用，使用不當(dāng)反而會(huì)增加系統(tǒng)資源的開銷，對(duì)于應(yīng)用層來說，最好使用通道或sync包中提供的功能來完成同步操作。

針對(duì)atomic包的觀點(diǎn)在Google的郵件組里也有很多討論，其中一個(gè)結(jié)論解釋是：

應(yīng)避免使用該包裝?；蛘?，閱讀C ++ 11標(biāo)準(zhǔn)的“原子操作”一章；如果您了解如何在C ++中安全地使用這些操作，那么你才能有安全地使用Go的 sync/atomic包的能力。

到此這篇關(guān)于Go語言原子操作及互斥鎖的區(qū)別 的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Go語言原子操作內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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