Golang笔记｜Atomic

作用与优势

atomic 包是 Go 语言中用于进行原子操作的标准库。原子操作是一种在多线程并发编程中用来确保数据安全的机制，它可以防止多个线程同时访问同一个资源而导致的数据竞争问题。

atomic 包中的函数是原子操作，它们在执行时不会被中断，从而确保操作的不可分割性。这对于执行复杂的操作，如比较并交换，是非常重要的。

在某些情况下，使用互斥锁来保护共享变量可能会导致额外的锁开销和上下文切换，从而影响性能。atomic 包的原子操作不需要使用锁，可以减少这些开销。

原子操作通常比互斥锁更高效，特别是在一些轻量级的操作中。在高并发的情况下，使用原子操作可以提高程序的性能。

适用场景

• 计数器和累加器： 当多个协程需要对一个共享的计数器或累加器进行增加、减少或重置操作时，使用 atomic包可以避免数据竞争，确保操作的原子性。
• 标志位和状态切换： 当多个协程需要读取和修改某个共享的标志位或状态值时，使用 atomic包可以确保状态的正确性，避免并发修改导致的问题。
• 缓存更新和缓存失效： 在缓存中存储的数据需要经常更新，且更新频率较高时，使用 atomic包可以保证更新操作的一致性，防止多个协程同时更新而导致的问题。
• 资源池管理： 当多个协程需要从资源池中获取或释放资源时，使用 atomic 包可以保证资源池的状态正确，避免资源泄漏和竞争条件。
• 引用计数： 在一些场景中，可能需要使用引用计数来管理共享资源的生命周期。使用 atomic 包可以确保引用计数的增加和减少操作是原子的。

atomic包中的函数

1. atomic.AddInt32, atomic.AddInt64,atomic.AddUint32,atomic.AddUint64：原子地将指定的值加到一个整数变量上。
2. atomic.LoadInt32,atomic.LoadInt64,atomic.LoadUint32,atomic.LoadUint64：原子地读取一个整数变量的值。

package main

import (
   "fmt"
   "sync"
   "sync/atomic"
   "time"
)

func main() {
   var counter int64
   var wg sync.WaitGroup

   for i := 0; i < 10; i++ {
      wg.Add(1)
      go func() {
         for j := 0; j < 1000; j++ {
            atomic.AddInt64(&counter, 1)
         }
         wg.Done()
      }()
   }

   wg.Wait()
   fmt.Println("Counter value:", atomic.LoadInt64(&counter))
}

3. atomic.StoreInt32, atomic.StoreInt64, atomic.StoreUint32, atomic.StoreUint64：原子地将指定的值写入到一个整数变量中。

package main

import (
   "fmt"
   "sync"
   "sync/atomic"
)

func main() {
   var value int64
   var wg sync.WaitGroup

   // 启动多个协程尝试存储值
   for i := 0; i < 10; i++ {
      wg.Add(1)
      go func(i int) {
         defer wg.Done()

         // 原子地将值设置为协程的编号
         atomic.StoreInt64(&value, int64(i))
         fmt.Printf("Goroutine %d: Stored value %d\n", i, i)
      }(i)
   }

   wg.Wait()
   fmt.Printf("Final value: %d\n", value)
}

4. atomic.CompareAndSwapInt32, atomic.CompareAndSwapInt64, atomic.CompareAndSwapUint32, atomic.CompareAndSwapUint64：比较并交换，比较当前addr地址里的值是不是old，如果不等于old，就返回false; 如果当前等于old，就把此地址的值替换成new值，返回true。

package main

import (
   "fmt"
   "sync"
   "sync/atomic"
)

func main() {
   var value int64 = 0
   var wg sync.WaitGroup

   // 启动多个协程尝试修改值
   for i := 0; i < 10; i++ {
      wg.Add(1)
      go func(i int) {
         defer wg.Done()

         // 尝试将值从旧值0修改为新值10
         swapped := atomic.CompareAndSwapInt64(&value, 0, 10)
         if swapped {
            fmt.Printf("Goroutine %d: Value swapped successfully\n", i)
         } else {
            fmt.Printf("Goroutine %d: Value was not swapped\n", i)
         }
      }(i)
   }

   wg.Wait()
   fmt.Printf("Final value: %d\n", value)
}

5. atomic.SwapInt32, atomic.SwapInt64, atomic.SwapUint32, atomic.SwapUint64：原子地交换一个整数变量的值。如果不需要比较旧值，只是比较粗暴地替换的话，就可以使用Swap方法。

```go
package main

import (
   "fmt"
   "sync"
   "sync/atomic"
)

func main() {
   var value int64 = 5
   var wg sync.WaitGroup

   // 启动多个协程尝试交换值
   for i := 0; i < 10; i++ {
      wg.Add(1)
      go func(i int) {
         defer wg.Done()

         // 原子地交换值为新值10，并获取旧值
         oldValue := atomic.SwapInt64(&value, 10)
         fmt.Printf("Goroutine %d: Swapped value from %d to 10\n", i, oldValue)
      }(i)
   }

   wg.Wait()
   fmt.Printf("Final value: %d\n", value)
}