Golang使用atomic实现原子操作技巧

atomic包提供高效无锁操作，适用于计数器和状态标志等场景。通过Add/CAS实现线程安全计数，Load/Store管理共享状态，需注意64位变量内存对齐及atomic.Value使用限制，合理应用可提升并发性能。

在Go语言中，atomic包提供了底层的原子操作支持，适用于多协程环境下对基本数据类型的无锁安全访问。相比互斥锁（sync.Mutex），原子操作性能更高，尤其适合计数器、状态标志等简单共享变量场景。掌握atomic的正确使用技巧，能有效提升程序并发效率并避免竞态问题。

理解atomic的基本用途

atomic包主要针对int32、int64、uint32、uint64、uintptr和指针类型提供原子操作，包括增减、加载、存储、交换和比较并交换（CAS）等。

常见函数包括：

• atomic.LoadInt64(ptr *int64)：原子读取值
• atomic.StoreInt64(ptr *int64, val int64)：原子写入值
• atomic.AddInt64(ptr *int64, delta int64)：原子增加并返回新值
• atomic.SwapInt64(ptr *int64, new int64)：原子交换并返回旧值
• atomic.CompareAndSwapInt64(ptr *int64, old, new int64)：如果当前值等于old，则设为new，返回是否成功

这些操作保证了在多协程并发时不会出现中间状态，无需加锁即可实现线程安全。

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使用Add/CAS构建高效计数器

计数器是原子操作最常见的应用场景。使用atomic.AddInt64可以避免使用互斥锁带来的性能开销。

示例：

var counter int64

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

// 等待后读取
count := atomic.LoadInt64(&counter)

若需条件更新，比如只在小于某个阈值时递增，可结合CAS实现：

for {
    old := atomic.LoadInt64(&counter)
    if old >= 100 {
        break
    }
    if atomic.CompareAndSwapInt64(&counter, old, old+1) {
        break
    }
    // 若CAS失败，说明值已被其他协程修改，循环重试
}

这种“读取-计算-比较并交换”的模式是无锁编程的核心技巧。

用Load/Store管理状态标志

程序常需要在多个协程间共享状态，如运行中、已关闭等。使用atomic.Load/Store能安全读写布尔状态。

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由于atomic不直接支持bool类型，通常用int32代替：

var running int32

// 设置为运行中
atomic.StoreInt32(&running, 1)

// 检查状态
if atomic.LoadInt32(&running) == 1 {
    // 执行逻辑
}

// 安全关闭
func stop() bool {
    return atomic.CompareAndSwapInt32(&running, 1, 0)
}

这种方式比使用互斥锁判断和修改状态更轻量，适合高频读取、低频修改的场景。

注意内存对齐与结构体字段顺序

Go在某些平台（如32位系统）对64位变量的原子操作要求地址对齐。若将int64字段放在结构体中且位置不当，可能导致panic。

错误示例：

type BadStruct struct {
    a byte
    b int64  // 可能未64位对齐
}
var x BadStruct
atomic.StoreInt64(&x.b, 1) // 在32位系统可能崩溃

正确做法是将64位字段放在结构体首位，或使用sync/atomic.Value包装：

type GoodStruct struct {
    b int64  // 对齐
    a byte
}

或者使用atomic.Value存储任意类型：

var val atomic.Value
val.Store("hello")
v := val.Load().(string)

注意atomic.Value一旦写入后不应再修改，否则有风险。

基本上就这些。合理使用atomic能显著提升并发性能，但要避免过度复杂化逻辑。对于复杂状态同步，还是推荐使用channel或mutex。atomic适合简单、高频、无依赖的操作场景。

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