Golang同步：原子操作使用

原子操作即是进行过程中不能被中断的操作。针对某个值的原子操作在被进行的过程中，CPU绝不会再去进行其他的针对该值的操作。
为了实现这样的严谨性，原子操作仅会由一个独立的CPU指令代表和完成。

• GO语言提供的原子操作都是非入侵式的，由标准库sync/atomic中的众多函数代表
• 类型包括int32,int64,uint32,uint64,uintptr,unsafe.Pointer，共六个。
• 这些函数提供的原子操作共有五种：增或减，比较并交换，载入，存储和交换

int各种类型取值范围

类型 长度(字节) 值范围 int8 1 -128 ~ 127 uint8(byte) 1 0 ~ 255 int16 2 32768~32767 uint16 2 0~65535 int32 4 2147483648~2147483647 uint32 4 0~4294967295 int64 8 -9223372036854775808~9223372036854775807 uint64 8 0~18446744073709551615 int 平台相关 平台相关 uint 平台相关 平台相关 uintptr 同指针 在32位平 下为4字节,64位平 下为8字节

增或减Add

函数名称都以Add为前缀，并后跟针对的具体类型的名称。

• 被操作的类型只能是数值类型
• int32,int64,uint32,uint64,uintptr类型可以使用原子增或减操作
• 第一个参数值必须是一个指针类型的值，以便施加特殊的CPU指令
• 第二个参数值的类型和第一个被操作值的类型总是相同的。

示例

package mainimport (    "fmt"    "sync/atomic")func main(){    var i32 int32    fmt.Println("=====old i32 value=====")    fmt.Println(i32)    //第一个参数值必须是一个指针类型的值,因为该函数需要获得被操作值在内存中的存放位置,以便施加特殊的CPU指令    //结束时会返回原子操作后的新值    newI32 := atomic.AddInt32(&i32,3)    fmt.Println("=====new i32 value=====")    fmt.Println(i32)    fmt.Println(newI32)    var i64 int64    fmt.Println("=====old i64 value=====")    fmt.Println(i64)    newI64 := atomic.AddInt64(&i64,-3)    fmt.Println("=====new i64 value=====")    fmt.Println(i64)    fmt.Println(newI64)}

结果：
/usr/local/go/bin/go run /Users/liuxinming/go/src/free/learngo/atomic/add/add.go
=====old i32 value=====
0
=====new i32 value=====
-3
-3
=====old i64 value=====
0
=====new i64 value=====
-3
-3

比较并交换CAS

Compare And Swap 简称CAS，在sync/atomic包种，这类原子操作由名称以‘CompareAndSwap’为前缀的若干个函数代表。

• 声明如下

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

• 调用函数后，会先判断参数addr指向的被操作值与参数old的值是否相等
• 仅当此判断得到肯定的结果之后，才会用参数new代表的新值替换掉原先的旧值，否则操作就会被忽略。

• so, 需要用for循环不断进行尝试,直到成功为止

• 使用锁的做法趋于悲观

  • 我们总假设会有并发的操作要修改被操作的值，并使用锁将相关操作放入临界区中加以保护
• 使用CAS操作的做法趋于乐观
  
  • 总是假设被操作值未曾被改变（即与旧值相等），并一旦确认这个假设的真实性就立即进行值替换。

示例

package mainimport (    "fmt"    "sync/atomic")var value int32func main()  {    fmt.Println("======old value=======")    fmt.Println(value)    fmt.Println("======CAS value=======")    addValue(3)    fmt.Println(value)}//不断地尝试原子地更新value的值,直到操作成功为止func addValue(delta int32){    //在被操作值被频繁变更的情况下,CAS操作并不那么容易成功    //so 不得不利用for循环以进行多次尝试    for {        v := value        if atomic.CompareAndSwapInt32(&value, v, (v + delta)){            //在函数的结果值为true时,退出循环            break        }        //操作失败的缘由总会是value的旧值已不与v的值相等了.        //CAS操作虽然不会让某个Goroutine阻塞在某条语句上,但是仍可能会使流产的执行暂时停一下,不过时间大都极其短暂.    }}

结果：
======old value=======
0
======CAS value=======
3

载入Load

上面的比较并交换案例总 v:= value为变量v赋值，但… 要注意，在进行读取value的操作的过程中,其他对此值的读写操作是可以被同时进行的,那么这个读操作很可能会读取到一个只被修改了一半的数据.

• so so so , 我们要使用sync/atomic代码包同样为我们提供了一系列的函数，以Load为前缀(载入)，来确保这样的糟糕事情发生。

示例

package mainimport (    "fmt"    "sync/atomic")var value int32func main()  {    fmt.Println("======old value=======")    fmt.Println(value)    fmt.Println("======CAS value=======")    addValue(3)    fmt.Println(value)}//不断地尝试原子地更新value的值,直到操作成功为止func addValue(delta int32){    //在被操作值被频繁变更的情况下,CAS操作并不那么容易成功    //so 不得不利用for循环以进行多次尝试    for {        //v := value        //在进行读取value的操作的过程中,其他对此值的读写操作是可以被同时进行的,那么这个读操作很可能会读取到一个只被修改了一半的数据.        //因此我们要使用载入        v := atomic.LoadInt32(&value)        if atomic.CompareAndSwapInt32(&value, v, (v + delta)){            //在函数的结果值为true时,退出循环            break        }        //操作失败的缘由总会是value的旧值已不与v的值相等了.        //CAS操作虽然不会让某个Goroutine阻塞在某条语句上,但是仍可能会使流产的执行暂时停一下,不过时间大都极其短暂.    }}

• atomic.LoadInt32接受一个*int32类型的指针值
• 返回该指针指向的那个值

存储Store

与读取操作相对应的是写入操作。 而sync/atomic包也提供了与原子的载入函数相对应的原子的值存储函数。 以Store为前缀

• 在原子地存储某个值的过程中，任何CPU都不会进行针对同一个值的读或写操作。
• 原子的值存储操作总会成功，因为它并不会关心被操作值的旧值是什么
• 和CAS操作有着明显的区别

    fmt.Println("======Store value=======")    atomic.StoreInt32(&value, 10)    fmt.Println(value)

交换Swap

• 与CAS操作不同，原子交换操作不会关心被操作的旧值。
• 它会直接设置新值
• 它会返回被操作值的旧值
• 此类操作比CAS操作的约束更少，同时又比原子载入操作的功能更强

实际案例(继续改造上一版代码)

//数据文件的实现类型type myDataFile struct {    f *os.File  //文件    fmutex sync.RWMutex //被用于文件的读写锁    rcond   *sync.Cond   //读操作需要用到的条件变量    woffset int64 // 写操作需要用到的偏移量    roffset int64 // 读操作需要用到的偏移量    dataLen uint32 //数据块长度}//此处省略...func (df *myDataFile) Read() (rsn int64, d Data, err error){    // 读取并更新读偏移量    var offset int64    for {        offset = atomic.LoadInt64(&df.roffset)        if atomic.CompareAndSwapInt64(&df.roffset, offset, (offset + int64(df.dataLen))){            break        }    }    //读取一个数据块,最后读取的数据块序列号    rsn = offset / int64(df.dataLen)    bytes := make([]byte, df.dataLen)    //读写锁:读锁定    df.fmutex.RLock()    defer df.fmutex.RUnlock()    for {        _, err = df.f.ReadAt(bytes, offset)        if err != nil {            if err == io.EOF {                //暂时放弃fmutex的 读锁,并等待通知的到来                df.rcond.Wait()                continue            }        }        break    }    d = bytes    return}func (df *myDataFile) Write(d Data) (wsn int64, err error){    //读取并更新写的偏移量    var offset int64    for {        offset = atomic.LoadInt64(&df.woffset)        if atomic.CompareAndSwapInt64(&df.woffset, offset, (offset + int64(df.dataLen))){            break        }    }    //写入一个数据块,最后写入数据块的序号    wsn = offset / int64(df.dataLen)    var bytes []byte    if len(d) > int(df.dataLen){        bytes = d[0:df.dataLen]    }else{        bytes = d    }    df.fmutex.Lock()    defer df.fmutex.Unlock()    _, err = df.f.Write(bytes)    //发送通知    df.rcond.Signal()    return}func (df *myDataFile) Rsn() int64{    offset := atomic.LoadInt64(&df.roffset)    return offset / int64(df.dataLen)}func (df *myDataFile) Wsn() int64{    offset := atomic.LoadInt64(&df.woffset)    return offset / int64(df.dataLen)}

完整代码放在GITHUB：
https://github.com/lxmgo/learngo

一些学习过程整理，希望对大家学习Go语言有所帮助。