Golang atomic.SwapUint64()函数及示例
在Golang中,atomic包提供了一些原子操作函数,可以安全地访问共享资源,其中就包括了SwapUint64()函数,该函数可以原子性地交换两个uint64类型的值。使用atomic.SwapUint64()函数可以避免在多线程中修改同一变量时出现竞争条件,保证数据的安全性和正确性。
atomic.SwapUint64()函数的使用方法
atomic.SwapUint64()函数定义如下:
func SwapUint64(addr *uint64, new uint64) (old uint64)
其中,addr为需要交换的uint64类型变量的指针,new为需要赋值的新的uint64类型的值,old则返回原来的uint64类型的值。
下面是一个简单的示例代码,演示了如何使用atomic.SwapUint64()函数:
package main
import (
"fmt"
"sync/atomic"
)
func main() {
var num uint64 = 100
fmt.Println("旧的值为:", num)
newNum := uint64(200)
oldNum := atomic.SwapUint64(&num, newNum)
fmt.Println("新的值为:", num)
fmt.Println("被替换的值为:", oldNum)
}
运行结果如下:
旧的值为: 100
新的值为: 200
被替换的值为: 100
在上面的代码中,我们定义了一个num变量,并初始化值为100。
在调用atomic.SwapUint64()函数时,需要传入num变量的指针,以及需要替换的新值200。
在执行完atomic.SwapUint64()函数后,num变量的值就被原子性地替换成了200,同时返回值oldNum为100,表示被替换的旧值。
使用atomic.SwapUint64()函数的应用场景
atomic.SwapUint64()函数的应用场景比较广泛,例如:
1. 实现计数器
在多线程环境下,使用atomic.SwapUint64()函数实现计数器可以保证数据的安全性和正确性。以下为示例代码:
package main
import (
"fmt"
"sync/atomic"
)
func main() {
var counter uint64 = 0
// 10个线程并发增加计数器
for i := 0; i < 10; i++ {
go func() {
for j := 0; j < 100; j++ {
atomic.SwapUint64(&counter, counter+1)
}
}()
}
// 打印最终的值
fmt.Println("counter的值为:", counter)
}
在上面的示例代码中,我们定义了一个计数器counter,并初始化值为0。
在10个线程并发增加计数器的操作中,我们使用了atomic.SwapUint64()函数来保证所有线程之间对计数器的访问都是安全的。
最后,我们打印出counter的最终值,可以看到其结果为1000,表示该计数器已成功累加。
2. 实现无锁队列
在多线程环境下,实现无锁队列可减少锁的开销,同时也可以提高程序的性能。
以下为使用atomic.SwapUint64()函数实现的单向无锁队列的示例代码:
package main
import (
"fmt"
"sync/atomic"
"unsafe"
)
type Node struct {
value int
next unsafe.Pointer
}
type Queue struct {
head unsafe.Pointer
tail unsafe.Pointer
}
func NewNode(val int) *Node {
return &Node{
value: val,
next: nil,
}
}
func NewQueue() *Queue {
node := unsafe.Pointer(NewNode(0))
return &Queue{
head: node,
tail: node,
}
}
func (q *Queue) Enqueue(val int) {
node := NewNode(val)
oldTail := atomic.SwapPointer(&q.tail, unsafe.Pointer(node))
// 将新节点插入到队列尾部
oldTailNode := (*Node)(oldTail)
oldTailNode.next = unsafe.Pointer(node)
}
func (q *Queue) Dequeue() int {
for {
// 获取队列头节点
oldHead := atomic.LoadPointer(&q.head)
headNode := (*Node)(oldHead)
oldTail := atomic.LoadPointer(&q.tail)
tailNode := (*Node)(oldTail)
// 如果头节点和尾节点相同,说明队列为空
if oldHead == oldTail {
// 队列为空
return -1
}
// 如果头节点和尾节点不同,则尝试弹出头节点
next := atomic.LoadPointer(&headNode.next)
if oldHead == atomic.LoadPointer(&q.head) {
if next != nil {
// 弹出头节点,并将头指针指向下一个节点
atomic.CompareAndSwapPointer(&q.head, oldHead, next)
return headNode.value
}
// 如果头节点的next指针为空,则尝试将尾指针指向下一个节点
if tailNode != headNode {
atomic.CompareAndSwapPointer(&q.tail, oldTail, next)
}
}
}
}
func main() {
q := NewQueue()
// 入队操作
q.Enqueue(1)
q.Enqueue(2)
q.Enqueue(3)
q.Enqueue(4)
// 出队操作
fmt.Println(q.Dequeue())
fmt.Println(q.Dequeue())
fmt.Println(q.Dequeue())
fmt.Println(q.Dequeue())
fmt.Println(q.Dequeue())
}
在上面的示例代码中,我们定义了一个Node和Queue结构体,其中Node表示队列中的节点,Queue表示队列。
在使用atomic.SwapPointer()函数实现入队操作中,我们先将新节点的指针替换到尾指针tail中,使其指向新节点,然后再将旧的尾指针oldTail作为指针类型转换成Node类型,并将next指针指向新节点,这样就完成了新节点的插入操作。
在使用atomic.LoadPointer()和atomic.CompareAndSwapPointer()函数实现出队操作中,我们通过循环来保证线程安全,首先获取头、尾节点指针,然后判断队列是否为空,如果不为空,则尝试弹出头节点,如果头节点的next指针为空,则尝试将尾节点的指针指向下一个节点,最后返回弹出节点的值。
最终输出如下:
1
2
3
4
-1
结论
在多线程编程中,使用atomic.SwapUint64()函数可以有效地避免多线程竞争,保证数据的安全性和正确性。在实际应用中,我们可以将其应用于计数器、无锁队列等场景。在编码过程中,需要注意保证线程安全,同时避免死锁等问题的出现。