[TOC] # 简介 * 加锁代价比较耗时,需要上下文切换 * 针对基本数据类型,可以使用原子操作保证线程安全 * 原子操作在用户态就可以完成,因此性能比互斥锁要高 sync/atomic包中的函数可以做的原子操作有： * 加法（add) * 比较并交换（compare and swap，简称 CAS） * 加载（load） * 存储（store） * 交换（swap） 原子操作函数需要的是被操作值的指针，而不是这个值本身 **只要原子操作函数拿到了被操作值的指针**，就可以定位到存储该值的内存地址。只有这样，它们才能够通过底层的指令，准确地操作这个内存地址上的数据。 # 支持的类型 这些函数针对的数据类型并不多。但是，对这些类型中的每一个， sync/atomic包都会有一套函数给予支持。这些数据类型有：int32、int64、uint32、uint64、uintptr，以及unsafe包中的Pointer。 不过，针对unsafe.Pointer类型，该包并未提供进行原子加法操作的函数。 # 减法 atomic.AddInt32函数的第二个参数代表差量，它的类型是int32，是有符号的。如果我们想做原子减法，那么把这个差量设置为负整数就可以了。 对于atomic.AddInt64函数来说也是类似的。不过，要想用atomic.AddUint32和atomic.AddUint64函数做原子减法，就不能这么直接了，因为它们的第二个参数的类型分别是uint32和uint64，都是无符号的，不过，这也是可以做到的，就是稍微麻烦一些。 例如，如果想对uint32类型的被操作值18做原子减法，比如说差量是\-3，那么我们可以先把这个差量转换为有符号的int32类型的值，然后再把该值的类型转换为uint32，用表达式来描述就是uint32(int32(-3))。 不过要注意，直接这样写会使 Go 语言的编译器报错，它会告诉你：“常量\-3不在uint32类型可表示的范围内”，换句话说，这样做会让表达式的结果值溢出。 不过，如果我们先把int32(-3)的结果值赋给变量delta，再把delta的值转换为uint32类型的值，就可以绕过编译器的检查并得到正确的结果了。 最后，我们把这个结果作为atomic.AddUint32函数的第二个参数值，就可以达到对uint32类型的值做原子减法的目的了。 还有一种更加直接的方式。我们可以依据下面这个表达式来给定atomic.AddUint32函数的第二个参数值： ~~~ ^uint32(-N-1)) ~~~ 其中的N代表由负整数表示的差量。也就是说，我们先要把差量的绝对值减去1，然后再把得到的这个无类型的整数常量，转换为uint32类型的值，最后，在这个值之上做按位异或操作，就可以获得最终的参数值了。 这么做的原理也并不复杂。简单来说，此表达式的结果值的补码，与使用前一种方法得到的值的补码相同，所以这两种方式是等价的。我们都知道，整数在计算机中是以补码的形式存在的，所以在这里，结果值的补码相同就意味着表达式的等价 # 比较并交换和交换操作相比有什么不同? 比较并交换操作即 CAS 操作，是有条件的交换操作，只有在条件满足的情况下才会进行值的交换。 所谓的交换指的是，把新值赋给变量，并返回变量的旧值。 在进行 CAS 操作的时候，函数会先判断被操作变量的当前值，是否与我们预期的旧值相等。如果相等，它就把新值赋给该变量，并返回true以表明交换操作已进行；否则就忽略交换操作，并返回false。 可以看到，CAS 操作并不是单一的操作，而是一种操作组合。这与其他的原子操作都不同。正因为如此，它的用途要更广泛一些。例如，我们将它与for语句联用就可以实现一种简易的自旋锁（spinlock）。 ~~~ for { if atomic.CompareAndSwapInt32(&num2, 10, 0) { fmt.Println("The second number has gone to zero.") break } time.Sleep(time.Millisecond * 500) } ~~~ for语句加 CAS 操作的假设往往是：共享资源状态的改变并不频繁，或者，它的状态总会变成期望的那样。这是一种更加乐观，或者说更加宽松的做法。 # 方法 目前只支持int类型  ~~~ import ( "fmt" "sync" "sync/atomic" ) var x int32 var wg sync.WaitGroup func add() { for i := 0; i<5000; i++ { //x = x+1 atomic.AddInt32(&x, 1) } defer wg.Done() } func main() { wg.Add(2) //各加5000 go add() go add() wg.Wait() //结果一定是10000 fmt.Println(x) } ~~~ # 自旋锁 ~~~ // forAndCAS1 用于展示简易的自旋锁。 func forAndCAS1() { sign := make(chan struct{}, 2) num := int32(0) fmt.Printf("The number: %d\n", num) go func() { // 定时增加num的值。 defer func() { sign <- struct{}{} }() for { time.Sleep(time.Millisecond * 500) newNum := atomic.AddInt32(&num, 2) fmt.Printf("The number: %d\n", newNum) if newNum == 10 { break } } }() go func() { // 定时检查num的值，如果等于10就将其归零。 defer func() { sign <- struct{}{} }() for { if atomic.CompareAndSwapInt32(&num, 10, 0) { fmt.Println("The number has gone to zero.") break } time.Sleep(time.Millisecond * 500) } }() <-sign <-sign } ~~~ # atomic.value atomic.Value分为两个操作,通过Store()存储Value,通过Load()来读取Value的值. ~~~ package main import ( "fmt" "sync/atomic" ) type Value struct { key string Val interface{} } type Noaway struct { Movies atomic.Value Total atomic.Value } func NewNoaway() *Noaway { n := new(Noaway) n.Movies.Store(&Value{key: "movie", Val: "Wolf Warrior 2"}) n.Total.Store("123") return n } func main() { n := NewNoaway() val := n.Movies.Load().(*Value) total := n.Total.Load().(string) fmt.Printf("%#v --- %#v\n", val, total) } ~~~ ## 如何用好atomic.value 第一条规则，不能用原子值存储nil。 也就是说，我们不能把nil作为参数值传入原子值的Store方法，否则就会引发一个 panic。 这里要注意，如果有一个接口类型的变量，它的动态值是nil，但动态类型却不是nil，那么它的值就不等于nil。我在前面讲接口的时候和你说明过这个问题。正因为如此，这样一个变量的值是可以被存入原子值的。 第二条规则，我们向原子值存储的第一个值，决定了它今后能且只能存储哪一个类型的值。 例如，我第一次向一个原子值存储了一个string类型的值，那我在后面就只能用该原子值来存储字符串了。如果我又想用它存储结构体，那么在调用它的Store方法的时候就会引发一个 panic。这个 panic 会告诉我，这次存储的值的类型与之前的不一致。 你可能会想：我先存储一个接口类型的值，然后再存储这个接口的某个实现类型的值，这样是不是可以呢？ 很可惜，这样是不可以的，同样会引发一个 panic。因为原子值内部是依据被存储值的实际类型来做判断的。所以，即使是实现了同一个接口的不同类型，它们的值也不能被先后存储到同一个原子值中。 遗憾的是，我们无法通过某个方法获知一个原子值是否已经被真正使用，并且，也没有办法通过常规的途径得到一个原子值可以存储值的实际类型。这使得我们误用原子值的可能性大大增加，尤其是在多个地方使用同一个原子值的时候。 下面，我给你几条具体的使用建议。 1. 不要把内部使用的原子值暴露给外界。比如，声明一个全局的原子变量并不是一个正确的做法。这个变量的访问权限最起码也应该是包级私有的。 2. 如果不得不让包外，或模块外的代码使用你的原子值，那么可以声明一个包级私有的原子变量，然后再通过一个或多个公开的函数，让外界间接地使用到它。注意，这种情况下不要把原子值传递到外界，不论是传递原子值本身还是它的指针值。 3. 如果通过某个函数可以向内部的原子值存储值的话，那么就应该在这个函数中先判断被存储值类型的合法性。若不合法，则应该直接返回对应的错误值，从而避免 panic 的发生。 4. 如果可能的话，我们可以把原子值封装到一个数据类型中，比如一个结构体类型。这样，我们既可以通过该类型的方法更加安全地存储值，又可以在该类型中包含可存储值的合法类型信息。 除了上述使用建议之外，我还要再特别强调一点：尽量不要向原子值中存储引用类型的值。因为这很容易造成安全漏洞。请看下面的代码： ~~~ var box6 atomic.Value v6 := []int{1, 2, 3} box6.Store(v6) v6[1] = 4 // 注意，此处的操作不是并发安全的！ ~~~ 我把一个[]int类型的切片值v6, 存入了原子值box6。注意，切片类型属于引用类型。所以，我在外面改动这个切片值，就等于修改了box6中存储的那个值。这相当于绕过了原子值而进行了非并发安全的操作。那么，应该怎样修补这个漏洞呢？可以这样做： ~~~ store := func(v []int) { replica := make([]int, len(v)) copy(replica, v) box6.Store(replica) } store(v6) v6[2] = 5 // 此处的操作是安全的 ~~~