java 加减乘除是原子操作吗_Go并发编程之传统同步—(3)原子操作
前言
之前文章中介绍的互斥锁虽然能够保证同串行化，但是却保证不了执行过程中的中断。
要么成功、要么失败，没有中断的情况，我们叫它叫原子性，这种由硬件 CPU 提供支持的特性，是非常可靠的。
百度百科上关于原子操作的介绍。
原子操作
由 sync/atomic 包提供操作支持。
加法(add)
实现累加func TestDemo1(t *testing.T) {
var counter int64 = 0
for i := 0; i < 100; i++ {
go func() {
atomic.AddInt64(&counter, 1)
}()
}
time.Sleep(2 * time.Second)
log.Println("counter:", atomic.LoadInt64(&counter))
}
结果=== RUN TestDemo1
2020/10/11 00:24:56 counter: 100
--- PASS: TestDemo1 (2.00s)
PASS
减法(add)
对于做减法，是没有直接提供的方法的，而 Add(-1)这种是不能对 uint 类型使用的，可以通过补码的方式实现func TestDemo2(t *testing.T) {
var counter uint64 = 100
for i := 0; i < 100; i++ {
go func() {
atomic.AddUint64(&counter, ^uint64(-(-1)-1))
}()
}
time.Sleep(2 * time.Second)
log.Println("counter:", atomic.LoadUint64(&counter))
}
结果=== RUN TestDemo2
2020/10/11 00:32:05 counter: 0
--- PASS: TestDemo2 (2.00s)
PASS
比较并交换(compare and swap，简称 CAS)
并发编程中，在没有使用互斥锁的前提下，对共享数据先取出做判断，再根据判断的结果做后续操作，必然是会出问题的，使用 CAS 可以避免这种问题。func TestDemo3(t *testing.T) {
var first int64 = 0
for i := 1; i <= 10000; i++ {
go func(i int) {
if atomic.CompareAndSwapInt64(&first, 0, int64(i)) {
log.Println("抢先运行的是 goroutine", i)
}
}(i)
}
time.Sleep(2 * time.Second)
log.Println("num:", atomic.LoadInt64(&first))
}
结果=== RUN TestDemo3
2020/10/11 00:42:10 抢先运行的是 goroutine 3
2020/10/11 00:42:12 num: 3
--- PASS: TestDemo3 (2.01s)
PASS
加载(load)
加载操作在进行时只会有一个，不会有其它的读写操作同时进行。func TestDemo4(t *testing.T) {
var counter int64 = 0
for i := 0; i < 100; i++ {
go func() {
atomic.AddInt64(&counter, 1)
log.Println("counter:", atomic.LoadInt64(&counter))
}()
}
time.Sleep(2 * time.Second)
}
存储(store)
存储操作在进行时只会有一个，不会有其它的读写操作同时进行。func TestDemo5(t *testing.T) {
var counter int64 = 0
for i := 0; i < 10; i++ {
go func(i int) {
atomic.StoreInt64(&counter, int64(i))
log.Println("counter:", atomic.LoadInt64(&counter))
}(i)
}
time.Sleep(2 * time.Second)
}
交换(swap)
swap 方法返回被替换之前的旧值。func TestDemo6(t *testing.T) {
var counter int64 = 0
for i := 0; i < 10; i++ {
go func(i int) {
log.Println("counter old:", atomic.SwapInt64(&counter, int64(i)))
}(i)
}
time.Sleep(2 * time.Second)
}
结果=== RUN TestDemo6
2020/10/11 00:43:36 counter old: 0
2020/10/11 00:43:36 counter old: 9
2020/10/11 00:43:36 counter old: 5
2020/10/11 00:43:36 counter old: 1
2020/10/11 00:43:36 counter old: 2
2020/10/11 00:43:36 counter old: 3
2020/10/11 00:43:36 counter old: 6
2020/10/11 00:43:36 counter old: 4
2020/10/11 00:43:36 counter old: 7
2020/10/11 00:43:36 counter old: 0
--- PASS: TestDemo6 (2.00s)
PASS
原子值(value)
value是一个结构体，内部值定义为 interface{}，所以它是可以接受任何类型的值。
第一次赋值的时候，原子值的类型就确认了，后面不能赋值其它类型的值。func TestDemo7(t *testing.T) {
var value atomic.Value
var counter uint64 = 1
value.Store(counter)
log.Println("counter:", value.Load())
value.Store(uint64(10))
log.Println("counter:", value.Load())
value.Store(100) // 引发 panic
log.Println("counter:", value.Load())
time.Sleep(2 * time.Second)
}
结果=== RUN TestDemo7
2020/10/11 10:14:58 counter: 0
2020/10/11 10:14:58 counter: 10
--- FAIL: TestDemo7 (0.00s)
panic: sync/atomic: store of inconsistently typed value into Value [recovered]
panic: sync/atomic: store of inconsistently typed value into Value
...
Process finished with exit code 1
扩展
无锁编程
此处暂时先介绍一下，后面有机会出文章再一起学习进步。
放弃互斥锁，采用原子操作，常见方法有以下几种：
针对计数器
可以使用例如上面介绍的 Add 方法。
单生产、消费者
单生产者、单消费者可以做到免锁访问环形缓冲区(Ring Buffer)。
比如，Linux kernel 中的 kfifo 的实现。
RCU(Read Copy Update)
新旧副本切换机制，对于旧副本可以采用延迟释放的做法。
CAS(Compare And Swap)
如无锁栈，无锁队列等待
总结原子操作性能是高于互斥锁的，但带来的复杂性也会提高，真正用好并不容易。
互斥锁、条件变量，方法内部的实现也都用到了原子操作，特别是CAS。
有疑问加站长微信联系(非本文作者)