有些朋友可能没有注意到，在Go（甚至大部分语言）中，普通的赋值语句并不是原子操作。比如在32位机器上写一个int64类型的变量，会有一个中间状态，因为它会被拆分成两个写操作（汇编中的MOV指令）——写低32位和写高32位，如如下图所示：在32位机器上赋值给int64。如果一个线程刚刚写完低32位，还没来得及写高32位，另一个线程读取这个变量，得到的是一个不合逻辑的中间变量。我们的程序很可能会出现错误。这只是一个基本类型。如果我们给一个结构体赋值，出现并发问题的概率会更高。很有可能写线程刚写完一小半字段，读线程就来读这个变量，所以只能读到刚刚修改过的值。这显然破坏了变量的完整性，读到的值是完全错误的。面对这个多线程下读写变量的问题，Go给出的解决方案是atomic.Value的登场，让我们不依赖不保证兼容性的unsafe.Pointer类型，同时，任何数据类型的读写操作都被封装成原子操作。我之前在Golang的五种原子操作的详细用法中已经详细介绍过它的用法。让我们快速回顾一下atomic.Value的用法。atomic.Value的使用。atomic.Value类型提供了两种Read和write方法：v.Store(c)-写操作，将原始变量c存储到一个atomic.Value类型中v.c:=v.Load()-读操作，读取内容存储在上一步中的线程安全v。下面是一个演示atomic.Value用法的简单示例。typeRectanglesstruct{lengthintwidthint}varrectatomic.Valuefuncupdate(width,lengthint){rectLocal:=new(Rectangle)rectLocal.width=widththrectLocal.length=lenghrect.Store(rectLocal)}funcmain(){wg:=sync.WaitGroup{}wg.Add(10)//10个协程并发更新fori:=0;i<10;i++{gofunc(){deferwg.Done()update(i,i+5)}()}wg.Wait()_r:=rect.Load().(*Rectangle)fmt.Printf("rect.width=%d\nrect.length=%d\n",_r.width,_r.length)}你也可以试试不用atomic.Value，直接给Rectange类型的指针变量赋值，比较两个结果的差异。您可能想知道为什么atomic.Value为读写变量提供线程安全保证而无需锁定。接下来我们看一下它的内部实现。atomic.Value的内部实现atomic.Value旨在存储任何类型的数据，因此其内部字段是一个interface{}类型。typeValuestruct{vinterface{}}除了Value，atomic包内部还定义了一个ifaceWords类型，其实就是interface{}（runtime.eface）的内部表示，其作用是分解interface{}类型，得到其原始类型(typ)和实际值(data)。//ifaceWordsisinterface{}internalrepresentation.typeifaceWordsstruct{typunsafe.Pointerdataunsafe.Pointer}写线程安全的保证在介绍写之前，我们先看一下Go语言内部的unsafe.Pointer类型。unsafe.Pointer出于安全考虑，Go语言不支持直接操作内存，但其标准库提供了一个不安全（不保证向后兼容）指针类型unsafe.Pointer，允许程序灵活操作内存。unsafe.Pointer的特殊之处在于它可以绕过Go语言类型系统的检查，与任何指针类型相互转换。也就是说，如果两种类型有相同的内存结构（布局），我们可以使用unsafe.Pointer作为桥梁，将两种类型的指针相互转换，从而使同一块内存有两种不同的解释方式。比如[]byte和string其实内部存储结构相同，它们的运行时类型分别表示为reflect.SliceHeader和reflect.StringHeadertypeSliceHeaderstruct{DatauintptrLenintCapint}typeStringHeaderstruct{DatauintptrLenint}，但是Go语言的类型系统禁止它们交互.改变。借助unsafe.Pointer，我们可以在零拷贝的情况下直接将[]byte数组转为字符串类型。bytes:=[]byte{104,101,108,108,111}p:=unsafe.Pointer(&bytes)//将*[]byte指针转换为unsafe.Pointerstr:=*(*string)(p)//将unsafe.Pointer重新转换为unsafe.Pointer的指针string类型，然后把这个指针的值作为字符串类型outfmt.Println(str)//输出"hello"知道了unsafe.Pointer的作用，我们可以直接看代码：func(v*Value)Store(xinterface{}){ifx==nil{panic("sync/atomic:storeofnilvalueintoValue")}vp:=(*ifaceWords)(unsafe.Pointer(v))//Oldvaluexp:=(*ifaceWords)(不安全。Pointer(&x))//Newvaluefor{typ:=LoadPointer(&vp.typ)iftyp==nil{//Attempttostartfirststore.//Disablepreemptionssothatothergoroutinescanuse//activespinwaittowaitforcompletion;andsothat//GCdoesnotseetthefaketypeaccidentally.runtime_proc.ComparePin()if!,nil,unsafe.Pointer(^uintptr(0))){runtime_procUnpin()continue}//完成firststore.StorePointer(&vp.data,xp.data)StorePointer(&vp.typ,xp.typ)runtime_procUnpin()return}ifuintptr(typ)==^uintptr(0){//Firststoreinprogress.Wait.//Sincewedisablepreemptionaroundthefirststore,//wecanwaitwithactivespinning.continue}//Firststorecompleted.Checktypeandoverwritedata.iftyp!=xp.typ{panic("sync/atomic:storeofinconsistentlytypedvalueintoValue")}StorePointer(&vp.data,xp.data)return}}大概逻辑：通过unsafe。指针将已有的和待写入的值转换成ifaceWords类型，这样我们下一步就可以得到两个interface{}的原始类型（typ）和真实值（data）。它以无限循环开始。与CompareAndSwap一起使用，可以达到乐观锁的效果。通过LoadPointer的原子操作获取当前Value中存储的类型。根据不同的类型，处理以下三种情况。先写-一个atomic.Value实例初始化后，它的typ字段会被设置为指针的零值nil，所以先判断typ是否为nil，证明这个Value实例没有写入数据。之后就是初始的写操作：runtime_procPin()这个是runtime里面的一个函数。一方面，它禁止调度器抢占当前goroutine（抢占），使其在执行当前逻辑时不会被打断。以便尽快完成工作，因为其他人一直在等待它。另一方面，在抢占期间不能启用GC线程，这样可以防止GC线程看到一个莫名其妙的类型指向^uintptr(0)（这是赋值过程中的一个中间状态）。要使用CAS操作，首先尝试将typ设置为^uintptr(0)的中间状态。如果失败，则证明其他线程先完成了赋值，然后释放抢占锁，然后返回到for循环的第一步。如果设置成功，则证明当前线程已经抢到了这个“乐观锁”，可以安全地将v设置为传入的新值。注意这里是先写data字段，再写typ字段.因为我们以typ字段的值作为判断写入是否完成的依据。第一次写入还没有完成——如果看到typ字段还是中间类型^uintptr(0)，证明第一次写入还没有完成，所以会一直循环，直到第一次写入完成.第一次写入已经完成——先检查上一次写入的类型和本次要写入的类型是否一致，不一致则抛出异常。否则，直接将本次要写入的值写入数据域。这个逻辑的主要思想是，为了完成多个字段的原子写入，我们可以抓取其中一个字段，用它的状态来标记整个原子写入的状态。先读取（Load）操作代码：func(v*Value)Load()(xinterface{}){vp:=(*ifaceWords)(unsafe.Pointer(v))typ:=LoadPointer(&vp.typ)iftyp==nil||uintptr(typ)==^uintptr(0){//Firststorenotyetcompleted.returnnil}data:=LoadPointer(&vp.data)xp:=(*ifaceWords)(unsafe.Pointer(&x))xp.typ=typxp.data=datareturn}读取就简单多了，它有两个分支：如果当前typ是nil或者^uintptr(0)，证明第一次写入还没有开始或者完成，那么直接返回nil（不暴露中间状态）).否则，根据当前看到的typ和数据构造一个新的interface{}并返回它。小结本文由浅入深介绍了atomic.Value的使用姿势和内部实现。让大家不仅知其然，更知其所以然。此外，底层硬件支持原子操作。为了保护变量更新，原子操作通常更高效并且可以利用多核计算机。如果要更新复合对象，则应将其封装为atomic.Value实现。我们常用于并发同步控制的互斥锁是由操作系统的调度器实现的，锁应该用来保护一段逻辑。
