概述

为了保证并发安全，除了使用临界区（如互斥锁）之外，还可以使用原子操作。原子操作指的是在执行过程中不会被中断的操作，这样可以确保在多线程环境下的数据操作的一致性。Go 语言中的 atomic 包提供了一系列原子操作，用于对基础数据类型进行安全的并发操作。

atomic 包支持以下几种基础类型的原子操作：int32、int64、uint32、uint64、uintptr、unsafe.Pointer。对于每一种类型，提供了以下几类原子操作：

Add：增加或减少值
CompareAndSwap：比较并交换值
Swap：交换值
Load：读取值
Store：存储值

函数名通常由原子操作名和类型关键字组成，例如 AddInt32 是对 int32 类型进行的加法操作。本文以 int32 类型为例进行说明，其他类型的操作类似。

AddInt32

AddInt32 函数用于对 int32 类型的变量进行原子增加或减少操作。函数签名如下：

func AddInt32(addr *int32, delta int32) (new int32)

该函数接收两个参数，一个是要修改的变量的地址，另一个是要增加或减少的值（delta）。该函数会直接修改传入的变量，并返回修改后的新值。

若 delta 为正数，则进行加法操作。
若 delta 为负数，则进行减法操作。

需要注意的是，当处理 uint32 和 uint64 类型时，由于 delta 参数类型被限定为无符号整数，不能直接传递负数，这时需要利用二进制补码机制来实现减法操作。

示例代码

package main

import (
	"fmt"
	"sync/atomic"
)

func main() {
	var a int32 = 10
	atomic.AddInt32(&a, 10)
	fmt.Println(a == 20) // true

	var b uint32 = 20
	atomic.AddUint32(&b, ^uint32(10-1))
	// 等价于 b -= 10
	fmt.Println(b == 10) // true
}

在这个示例中，AddInt32 函数成功将 a 增加了 10，而 AddUint32 则通过补码机制减少了 b 的值。

CompareAndSwapInt32

CompareAndSwapInt32 函数用于比较并交换 int32 类型的值。函数签名如下：

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

该函数接收三个参数：一个是要修改的变量地址，另一个是要比较的旧值，最后是要交换的新值。函数返回一个布尔值，表示交换是否成功。

CompareAndSwap 操作的原理是先比较变量当前的值和旧值是否相等，如果相等，则将变量值替换为新值，否则不进行替换。

SwapInt32

SwapInt32 函数用于直接交换 int32 类型的值，并返回旧值。函数签名如下：

func SwapInt32(addr *int32, new int32) (old int32)

与 CompareAndSwap 不同，Swap 不进行比较，直接执行赋值操作，并返回交换前的旧值。

LoadInt32 & StoreInt32

LoadInt32 和 StoreInt32 分别用于原子地读取和存储 int32 类型的值。这两个操作在并发环境中非常重要，确保了变量的读取和写入过程不会被中断。

func LoadInt32(addr *int32) (val int32)

func StoreInt32(addr *int32, val int32)

LoadInt32 接收一个变量地址并返回该变量的当前值。
StoreInt32 接收一个变量地址和一个新值，直接将新值写入该变量。

示例代码

package main

import (
	"fmt"
	"sync/atomic"
)

func main() {
	var a int32 = 10
	val := atomic.LoadInt32(&a)
	fmt.Println(val == 10) // true

	atomic.StoreInt32(&a, 20)
	fmt.Println(a == 20) // true
}

在这个示例中，LoadInt32 函数读取了变量 a 的值，而 StoreInt32 函数则将新值 20 写入了变量 a。

通过 atomic 包中的这些原子操作，Go 语言能够有效地处理多线程环境下的数据一致性问题，避免了使用互斥锁可能带来的性能开销。合理地使用这些原子操作可以编写出更高效、安全的并发程序。