Go同步原语与数据竞争：原子操作（atomic）

在Go并发编程中，当多个 goroutine 同时读写共享变量时，如果没有妥善同步，就会出现数据竞争（Data Race） 。Go 提供了 sync/atomic 包，用于实现轻量级的原子操作，避免使用锁所带来的性能开销。

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一、什么是原子操作？

原子操作指的是在执行过程中不会被任何其他操作中断的操作。在多线程环境中，原子操作确保某个变量的读、写、加减等操作具有一致性和安全性。

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二、常用原子操作函数

Go 的 sync/atomic 包支持以下常用操作，主要用于 int32、int64、uint32、uint64 和 unsafe.Pointer 等类型：

函数	说明
atomic.LoadInt32(&val)	原子读取值
atomic.StoreInt32(&val, new)	原子写入值
atomic.AddInt32(&val, delta)	原子加法（并返回新值）
atomic.CompareAndSwapInt32(&val, old, new)	原子比较并交换
同理还有 Int64、Uint32、Uint64、Pointer 版本

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三、使用示例

示例：并发计数器

package main

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

func main() {
    var counter int32 = 0
    var wg sync.WaitGroup

    for i := 0; i < 1000; i++ {
        wg.Add(1)
        go func() {
            defer wg.Done()
            atomic.AddInt32(&counter, 1)
        }()
    }

    wg.Wait()
    fmt.Println("Final Counter:", counter) // 输出应该为 1000
}

这个例子中我们使用 atomic.AddInt32 来确保并发写入是安全的，避免了 race condition。

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四、CompareAndSwap：原子级条件更新

CompareAndSwap 是一个非常强大的函数，可用于实现无锁状态切换。

var status int32 = 0

// 尝试将状态从 0 改为 1
if atomic.CompareAndSwapInt32(&status, 0, 1) {
    fmt.Println("切换状态成功")
} else {
    fmt.Println("状态已被修改")
}

如果当前值等于期望值，就会被新值替换；否则不做任何操作，适用于状态机、CAS 重试等场景。

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五、原子 vs 锁

方面	原子操作（atomic）	锁（Mutex/RWMutex）
性能	极高（CPU级指令）	较低（涉及调度、抢占）
适用场景	简单计数、状态标记	复杂结构同步
编程复杂度	较高，易出错	较低，语义清晰
死锁风险	无	存在风险

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六、使用注意事项

• • 原子操作仅适用于简单变量的并发读写，如计数器、标志位。
• • 不能对结构体、map、slice 等复杂类型直接使用。
• • 原子操作不能和普通操作混用，否则仍可能产生竞态条件。
• • 如需读写多个变量或复合结构，推荐使用 sync.Mutex。

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七、小结

• • sync/atomic 提供了高性能的原子操作，是无锁并发的核心工具。
• • 适合用于计数器、自旋锁、状态标识等场景。
• • 不适合管理复杂共享数据，不能代替所有同步手段。

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