Go并发之原子操作

小熊 Golang评论1,153字数 1497阅读4分59秒阅读模式

代码中的加锁操作因为涉及内核态的上下文切换会比较耗时、代价比较高。针对基本数据类型我们还可以使用原子操作来保证并发安全,因为原子操作是Go语言提供的方法它在用户态就可以完成,因此性能比加锁操作更好。Go语言中原子操作由内置的标准库sync/atomic
提供。

大多数情况下我们都是针对基本数据类型进行数据操作,能不加锁就不加锁。

首先很多人都不相信基本类型并发修改会出现竞态问题。不妨尝试一下,并发加一。

var wg sync.WaitGroup
for i := 0; i < 10000; i++ {
wg.Add(1)
go func () {
defer wg.Done()
xInt32++
}()
}
wg.Wait()
print(xInt32)

无论输出多少次都无法达到10000,之所以如此就是因为此处的加1操作并不是原子的,都是先取当前值,加1,再赋值,会出现覆盖的情况。

修改

修改是最常用到的。

func modify(delta int32) {
atomic.AddInt32(&xInt32, delta)
atomic.AddInt64(&xInt64, int64(delta))
atomic.AddUint32(&xuInt32, uint32(delta))
atomic.AddUint64(&xuInt64, uint64(delta))
}

我们忽略了Uintptr的讨论,这是内存地址的整数表示,是用来存地址内容的,暂时没有遇到过指针的数据计算。

var wg sync.WaitGroup
for i := 0; i < 10000; i++ {
wg.Add(1)
go func () {
defer wg.Done()
//xInt32++
modify(1)
}()
}
wg.Wait()
print(xInt32)

改为原子操作后,发现每次运行都可以得到预期的结果10000

赋值与读取

在并发情况下,读取到某个变量后,在使用时变量内容可能会被篡改,所以使用原子读取。
在并发情况下,为某个变量赋值的时候,必须要防止读取到写入一半的错误值,所以要用原子写入。

var xInt32 int32
atomic.StoreInt32(&xInt32, 100)
println(xInt32)
v := atomic.LoadInt32(&xInt32)
println(v)

输出

100
100

就目前而言,原子读写都是为了防止读写一半导致数据错误,但我无法复现这种错误的场景,假如你可以复现请在本文底部放留言。

var v atomic.Value
v.Store([]int{})
fmt.Println(v.Load().([]int))

也可以存储其他任意类型,但如果使用到类似append扩容原变量的语句,而不是使用直接替换的话,原子操作也是会失效的。

比较并交换

以下是节选自《Go并发编程实战》一书中的例子,比较并交换(Compare And Swap)简称CAS,是乐观锁的核心思想,所以简单介绍一下。

var xInt32 int32
for {
    v := atomic.LoadInt32(&xInt32)
    if atomic.CompareAndSwapInt32(&xInt32, v, v+100) {
        break
    }
}
print(xInt32)
  • 这里一种无锁的结构,是一种思路,在需要改变数据的时候,反复判断数据是否和原数据一致
  • 一致时替换,不一致时说明被它处修改,则跳过
  • 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。

小结

  • 最常用原子操作中的修改、基本类型的值赋值,其他不常用
  • 在其他类型出现并发的时候尽可能使用sync包提供的并发安全的类型,下一节讲。
  • 通过通信共享内存;不要通过共享内存进行通信。尽量使用通道。

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小熊