深入理解 Go 语言原子内存操作
原子内存操作提供了实现其他同步原语所需的低级基础。一般来说,你可以用互斥体和通道替换并发算法的所有原子操作。然而,它们是有趣且有时令人困惑的结构,应该深入了解它们是如何工作的。如果你能够谨慎地使用它们,那么它们完全可以成为代码优化的好工具,而不会增加复杂性。
1. 原子内存操作的内存保证
为什么我们需要单独的函数来进行原子内存操作?如果我们写入一个变量,其大小小于或等于机器字长( 现代计算机的机器字长一般都 8 位的整数倍,如 8 位、16 位等,这是由 int 类型定义的东西),例如 a = 1 ,这不就是原子的吗?
Go 内存模型实际上保证了写操作是原子的,但是它并不能保证其他 goroutine 何时会看到该写操作的效果。
让我们仔细分析这句话的含义。第一层意思是说,如果你从一个 goroutine 中写入与机器字长(即int) 大小相同的共享内存位置并从另一个 goroutine 中读取它,那么即使存在竞争,你也不会观察到写入操作之前的值或写入操作之后的值(并非所有语言都如此)。这意味着,如果写操作大于机器字长,那么读取该值的 goroutine 可能会看到底层对象处于不一致的状态。例如,string 值包括两个值:指向底层数组的指针和字符串长度。对这些单独的写入操作是原子的,但快速读取操作可能会读取带有 nil 数组但长度非零的字符串。
这句话的第二层意思是说,编译器可能优化或重新排序代码,或者硬件可能乱序执行内存操作,从而使另一个 goroutine 在预期时间无法看到写入操作的效果。说明这一点的标准示例就是以下内存竞争:
package mainfunc main() {var str stringvar done boolgo func() {str = "Done!"done = true}()for !done {}fmt.Println(str)
}
这里就存在内存竞争,因为 str 变量和 done 变量在一个 goroutine 中被写入并在另一个 goroutine 中被读取,但没有显式同步。
该程序有多种可能的结果:
- 它可以输出 Done ! 。
- 它可以
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