Golang atomic.CompareAndSwapUint64() 函数及其示例

在并发编程中，我们经常需要使用原子操作来避免因多个goroutine同时修改同一共享变量而导致的数据竞争问题。Golang的 atomic 包提供了一系列原子操作函数。其中，我们今天要介绍的是 atomic.CompareAndSwapUint64() 函数。

atomic.CompareAndSwapUint64() 函数

该函数的原型为：func CompareAndSwapUint64(addr *uint64, old, new uint64) (swapped bool)，作用是比较 *addr 与 old 两个值，如果相等，则将 *addr 的值设为 new，并返回 true，否则返回 false。该函数是一种 CAS (Compare and Swap) 操作，常用于实现同步算法。

需要注意的是，该函数只有在 CPU 支持原子操作时才能正确工作。如果 CPU 不支持或者操作系统不支持原子操作，该函数将会退化为普通的读写操作，不具有原子性。

示例

接下来我们将使用一个计数器的实例来演示 atomic.CompareAndSwapUint64() 的用法。具体实现是：先创建一个 uint64 类型的指针变量 count，然后将其初始化为0。同时，开启10个协程，每个协程循环 1000000 次，对计数器进行自增操作。在自增操作中，使用 atomic.CompareAndSwapUint64() 函数来确保计数器只能被单个协程同时修改。具体代码如下所示：

package main

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

func main() {
    var count uint64
    var wait sync.WaitGroup
    for i := 0; i < 10; i++ {
        wait.Add(1)
        go func() {
            for j := 0; j < 1000000; j++ {
                for {
                    old := atomic.LoadUint64(&count)
                    new := old + 1
                    if atomic.CompareAndSwapUint64(&count, old, new) {
                        break
                    }
                }
            }
            wait.Done()
        }()
    }
    wait.Wait()
    fmt.Println(count)
}

代码说明：

使用 var count uint64 声明一个 uint64 类型的变量 count，并且初始化为0
使用 sync.WaitGroup 声明一个等待组 wait，用于等待所有协程执行完毕
使用循环开启10个协程
在每个协程内部，使用 wait.Add(1) 来通知等待组需要等待的协程数量加1
在每个协程内部，使用 for 循环来自增计数器 count，循环次数是 1000000
在每个循环内部，使用 atomic.LoadUint64(&count) 加载计数器的旧值 old
在每个循环内部，将旧值 old 加1得到新值 new
在每个循环内部，使用 atomic.CompareAndSwapUint64(&count, old, new) 来比较旧值 old 和计数器的当前值。如果相等，则将计数器的值设置为 new，表示自增成功；否则，重新加载计数器的值并比较，直到自增成功为止
循环结束后，使用 wait.Done() 通知等待组一个协程已经执行完成了
所有协程结束后，使用 wait.Wait() 等待所有协程执行完毕
输出计数器的最终值

执行结果

在使用上述示例代码运行时，在命令行中可以看到如下输出：

10000000

可以看到，计数器最终的值为 10000000，说明多个协程对计数器进行了并发自增操作，并且使用了 atomic.CompareAndSwapUint64() 函数来保证了计数器的安全性。

结论

本文介绍了 Golang 中的 atomic.CompareAndSwapUint64() 函数及其用法。通过示例代码的说明，我们发现使用该函数可以方便地实现并发下的数据同步操作，避免了数据竞争问题的发生，并且保证了代码的高效性和安全性。虽然该函数只有在 CPU 支持原子操作时才能正确工作，但是目前主流的 CPU 和操作系统都已经支持原子操作，因此该函数在实际开发中仍然是一个非常实用的工具。