面试题：Go语言中原子操作如何保证并发安全

Question

在Go语言中，阐述原子操作的常见类型（如加法、比较并交换等），并说明它们是怎样确保并发安全的，以`atomic.AddInt64`为例进行说明。

Answer 1

原子操作常见类型

1. 加法操作：像 atomic.AddInt64 用于对 int64 类型的变量进行原子加法操作。在并发环境下，对数值类型变量的增减操作如果不使用原子操作，可能会出现竞态条件。
2. 比较并交换（CAS）操作：atomic.CompareAndSwapInt64 等。它先比较内存中的值与给定的旧值，如果相等则将其替换为新值。常用于实现无锁数据结构，例如链表的插入删除操作。
3. 加载操作：如 atomic.LoadInt64，原子地加载 int64 类型变量的值，确保读取到的值是完整且未被并发修改影响的。
4. 存储操作：atomic.StoreInt64 原子地存储一个 int64 值到指定内存地址，保证存储操作的原子性，避免并发写冲突。

如何确保并发安全

Go语言的原子操作是通过底层硬件提供的原子指令来实现的。这些指令在硬件层面保证了操作的原子性，即操作要么完整执行，要么不执行，不会出现部分执行的情况。在多处理器系统中，这些指令还通过内存屏障（Memory Barrier）来保证内存一致性，确保不同处理器对共享内存的访问顺序符合预期，避免出现内存可见性问题。

以 atomic.AddInt64 为例说明

atomic.AddInt64 函数原型为 func AddInt64(addr *int64, delta int64) (new int64)。它原子地将 delta 添加到 addr 指向的 int64 变量上，并返回新的值。当多个 goroutine 同时调用 atomic.AddInt64 对同一个 int64 变量进行加法操作时，由于底层硬件的原子指令保证，不会出现一个 goroutine 读取了变量的值，另一个 goroutine 也读取了相同值并进行加法操作，导致结果错误的情况。每个加法操作都是原子的，确保了并发环境下对该变量加法操作的正确性和安全性。例如：

package main

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

func main() {
    var num int64
    var wg sync.WaitGroup
    for i := 0; i < 10; i++ {
        wg.Add(1)
        go func() {
            defer wg.Done()
            atomic.AddInt64(&num, 1)
        }()
    }
    wg.Wait()
    fmt.Println("Final value:", num)
}

在上述代码中，10 个 goroutine 并发地对 num 进行加法操作，使用 atomic.AddInt64 能确保最终 num 的值为 10，而不会因为并发问题导致值错误。