面试题：Go语言中原子操作在并发场景下的应用

Question

在Go语言的并发编程场景中，经常会用到原子操作来保证数据的一致性。请说明如何使用原子操作包（`sync/atomic`）中的`AddInt64`函数来实现多个协程安全地对一个`int64`类型的变量进行加法操作，并给出示例代码。同时解释为什么在这种场景下不能直接使用普通的变量自增操作？

Answer 1

1. 使用AddInt64实现多个协程安全加法操作：
   • 在Go语言中，sync/atomic包提供了原子操作函数，AddInt64用于对int64类型的变量进行原子加法操作。
   • 示例代码如下：

package main

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

func main() {
    var num int64
    var wg sync.WaitGroup
    // 启动10个协程
    for i := 0; i < 10; i++ {
        wg.Add(1)
        go func() {
            defer wg.Done()
            // 每个协程对num执行1000次加法操作
            for j := 0; j < 1000; j++ {
                atomic.AddInt64(&num, 1)
            }
        }()
    }
    // 等待所有协程完成
    wg.Wait()
    fmt.Println("最终结果:", num)
}

2. 不能直接使用普通变量自增操作的原因：
   • 在并发场景下，普通的变量自增操作（如num++）不是原子操作。它实际上包含了读取变量值、增加1、再写回变量这三个步骤。
   • 当多个协程同时执行num++时，可能会出现竞态条件。例如，两个协程同时读取到num的值为10，然后各自增加1，最后写回的结果都是11，而不是预期的12。
   • 而atomic.AddInt64函数是原子操作，它能保证在多协程环境下对int64变量的加法操作是线程安全的，不会出现竞态条件，从而保证数据的一致性。