面试题：Go语言原子操作提升并发性能之复杂场景

Question

假设有一个场景，多个协程需要对一个结构体中的多个字段进行并发读写操作，为了保证数据一致性，要求使用原子操作来实现。结构体如下：`type Data struct { num1 int64; num2 int64 }`，请写出完整的代码示例，说明如何在这个结构体上进行原子操作以提升并发性能，并阐述原子操作在这种场景下的优势与可能存在的局限性。

Answer 1

代码示例

package main

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

type Data struct {
    num1 int64
    num2 int64
}

func main() {
    var wg sync.WaitGroup
    data := Data{}

    // 模拟多个协程并发读写操作
    for i := 0; i < 5; i++ {
        wg.Add(1)
        go func() {
            defer wg.Done()
            // 原子写操作
            atomic.StoreInt64(&data.num1, int64(i))
            atomic.StoreInt64(&data.num2, int64(i*2))

            // 原子读操作
            num1 := atomic.LoadInt64(&data.num1)
            num2 := atomic.LoadInt64(&data.num2)
            fmt.Printf("num1: %d, num2: %d\n", num1, num2)
        }()
    }

    wg.Wait()
}

原子操作优势

1. 保证数据一致性：原子操作可以确保在并发环境下，对共享数据的读写操作是原子的，不会出现数据竞争，从而保证数据的一致性。
2. 性能提升：相比于使用锁机制，原子操作通常具有更高的性能。因为锁机制会导致线程或协程的阻塞，而原子操作不会。
3. 简单易用：原子操作提供了简单的API，不需要复杂的锁管理逻辑，降低了编程的复杂性。

原子操作局限性

1. 操作类型有限：原子操作通常只支持一些基本的数据类型，如整数、指针等，对于复杂的数据结构，原子操作可能无法直接适用。
2. 功能局限性：原子操作只能保证单个操作的原子性，对于涉及多个原子操作的复杂逻辑，可能无法保证整体的原子性和一致性。
3. 调试困难：由于原子操作的底层实现较为复杂，在出现问题时，调试和排查错误可能会更加困难。