一个或者多个操作在 CPU 执行的过程中不被中断的特性，称为原子性（atomicity） 。这些操作对外表现成一个不可分割的整体，他们要么都执行，要么都不执行，外界不会看到他们只执行到一半的状态。
CPU
执行一系列操作时不可能不发生中断，但如果我们在执行多个操作时，能让他们的中间状态对外不可见，那我们就可以宣称他们拥有了"不可分割”的原子性。
类似数据库事务的 ACID
1、Go 语言提供了哪些原子操作
Go语言在设计上对同步（Synchronization，数据同步和线程同步）提供大量的支持，比如 goroutine和channel同步原语，库层面有
- sync：提供基本的同步原语（比如Mutex、RWMutex、Locker）和 工具类（Once、WaitGroup、Cond、Pool、Map）
- sync/atomic：通过内置包
sync/atomic提供了对原子操作的支持（基于硬件指令 compare-and-swap）
当我们想要对某个变量并发安全的修改，除了使用官方提供的 mutex，还可以使用 sync/atomic 包的原子操作，它能够保证对变量的读取或修改期间不被其他的协程所影响。
atomic 包的原子操作是通过 CPU 指令，也就是在硬件层次去实现的，性能较好，不需要像 mutex 那样记录很多状态。 当然，mutex 不止是对变量的并发控制，更多的是对代码块的并发控制，2 者侧重点不一样。
atomic 这些功能需要非常小心才能正确使用。 除了特殊的低级应用程序外，最好使用通道或同步包的工具来完成同步。 通过通信共享内存； 不要通过共享内存进行通信。
atomic 包有几种原子操作，主要是 Add、CompareAndSwap、Load、Store、Swap
Add
atomic 的 Add 是针对 int 和 uint 进行原子加值的：
当需要添加的值为负数的时候，做减法，正数做加法
func AddInt32(addr *int32, delta int32) (new int32)
func AddUint32(addr *uint32, delta uint32) (new uint32)
// AddInt64原子地将delta添加到*addr并返回新值。
// 考虑使用更符合人体工程学和更不容易出错的[Int64.Add]
func AddInt64(addr *int64, delta int64) (new int64)
func AddUint64(addr *uint64, delta uint64) (new uint64)
func AddUintptr(addr *uintptr, delta uintptr) (new uintptr)
CompareAndSwap
比较并交换方法实现了类似乐观锁的功能，只有原来的值和传入的 old 值一样，才会去修改,
CAS 操作， 会先比较传入的地址的值是否是 old，如果是的话就尝试赋新值，如果不是的话就直接返回 false，返回 true 时表示赋值成功。
// CompareAndSwapInt32对一个int32值执行比较-交换( compare-and-swap)操作。
//考虑使用更符合人体工程学和更不容易出错的[Int32.CompareAndSwap] 代替.
func CompareAndSwapInt32(addr *int32, old, new int32) (swapped bool)
func (x *Int32) CompareAndSwap(old, new int32) (swapped bool)
func CompareAndSwapInt64(addr *int64, old, new int64) (swapped bool)
func CompareAndSwapUint32(addr *uint32, old, new uint32) (swapped bool)
func CompareAndSwapUint64(addr *uint64, old, new uint64) (swapped bool)
func CompareAndSwapUintptr(addr *uintptr, old, new uintptr) (swapped bool)
func CompareAndSwapPointer(addr *unsafe.Pointer, old, new unsafe.Pointer) (swapped bool)
需要注意的是，CompareAndSwap 有可能产生ABA现象发生。也就是原来的值是 A，后面被修改 B，再后面修改为 A。在这种情况下也符合了 CompareAndSwap 规则，即使中途有被改动过。
需要注意的是，当有大量的goroutine 对变量进行读写操作时，可能导致CAS
操作无法成功，这时可以利用for 循环多次尝试。
unsafe.Pointer提供了绕过Go语言指针类型限制的方法，unsafe指的并不是说不安全，而是说官方并不保证向后兼容。
Load
从某个地址中取值
Load 方法是为了防止在读取过程中，有其他协程发起修改动作，影响了读取结果，常用于配置项的整个读取。
// LoadInt32 原子地加载 *addr。
// 考虑使用更符合人体工程学和更不容易出错的[Int32.Load]
func LoadInt32(addr *int32) (val int32)
func LoadInt64(addr *int64) (val int64)
func LoadUint32(addr *uint32) (val uint32)
func LoadUint64(addr *uint64) (val uint64)
func LoadUintptr(addr *uintptr) (val uintptr)
func LoadPointer(addr *unsafe.Pointer) (val unsafe.Pointer)
Store
给某个地址赋值
// StoreInt32原子地将val存储到*addr中。
// 考虑使用更人性化和更不容易出错的[Int32.Store]。
func StoreInt32(addr *int32, val int32)
func StoreInt64(addr *int64, val int64)
func StoreUint32(addr *uint32, val uint32)
func StoreUint64(addr *uint64, val uint64)
func StoreUintptr(addr *uintptr, val uintptr)
func StorePointer(addr *unsafe.Pointer, val unsafe.Pointer)
Swap
交换两个值，并且返回老的值
Swap 方法实现了对值的原子交换，不仅 int，uint 可以交换，指针也可以。
// SwapInt32 原子地将new存储到 *addr 中，并返回前一个 *addr 值。
// 考虑使用更人性化和更不容易出错的[Int32.Swap]。
func SwapInt32(addr *int32, new int32) (old int32)
func SwapInt64(addr *int64, new int64) (old int64)
func SwapUint32(addr *uint32, new uint32) (old uint32)
func SwapUint64(addr *uint64, new uint64) (old uint64)
func SwapUintptr(addr *uintptr, new uintptr) (old uintptr)
func SwapPointer(addr *unsafe.Pointer, new unsafe.Pointer) (old unsafe.Pointer)
value类型
Value 值用来原子读取和修改任何类型的Go值。
// Value 提供了一致类型值的原子加载和存储。
// Value 的零值从Load返回nil。
// 一旦调用了Store，就不能复制Value。
// Value 在第一次使用后不能复制。
type Value struct {
v any
}
func (*Value) Load() (x interface{
})
func (*Value) Store(x interface{
})
func (*Value) Swap(new interface{
}) (old interface{
})
func (*Value) CompareAndSwap(old, new interface{
}) (swapped bool)
值得一提的是如果你想要并发安全的设置一个结构体的多个字段，除了把结构体转换为指针，通过StorePointer设置外，还可以使用atomic
包后来引入的atomic.Value，它在底层为我们完成了从具体指针类型到unsafe.Pointer之间的转换。
有了atomic.Value后，它使得我们可以不依赖于不保证兼容性的unsafe.Pointer类型，同时又能将任意数据类型的读写操作封装成原子性操作（中间状态对外不可见）。
Load()
func (v *Value) Load() (val any)
由于Load() 返回的是一个interface{}类型，所以在使用前我们记得要先转换成具体类型的值，再使用。
Store()
func (v *Value) Store(val any)
Swap()
// Swap将new存储到Value中并返回前一个值。如果Value为空，则返回nil。
// 所有对给定值的Swap调用都必须使用相同具体类型的值。不一致类型的Swap会出
// 现恐慌，Swap(nil)也是如此。
func (v *Value) Swap(new any) (old any)
CompareAndSwap()
func (v *Value) CompareAndSwap(old, new any) (swapped bool)
// 例子
type Rectangle struct {
length int
width int
}
var rect atomic.Value
func update(width, length int) {
rectLocal := new(Rectangle)
rectLocal.width = width
rectLocal.length = length
rect.Store(rectLocal)
}
func main() {
wg := sync.WaitGroup{
}
wg.Add(10)
// 10 个协程并发更新
for i := 0; i < 10; i++ {
go func() {
defer wg.Done()
update(i, i+5)
}()
}
wg.Wait()
_r := rect.Load().(*Rectangle)
fmt.Printf("rect.width=%d\nrect.length=%d\n", _r.width, _r.length)
}
CAS
在 sync/atomic 包中的源码除了 Value之外其他的函数都是没有直接的源码的，需要去 runtime/internal/atomic 中找寻，这里为 CAS 函数为例，其他的都是大同小异
// bool Cas(int32 *val, int32 old, int32 new)
// Atomically:
// if(*val == old){
// *val = new;
// return 1;
// } else
// return 0;
TEXT runtime∕internal∕atomic·Cas(SB),NOSPLIT,$0-17
MOVQ ptr+0(FP), BX
MOVL old+8(FP), AX
MOVL new+12(FP), CX
LOCK
CMPXCHGL CX, 0(BX)
SETEQ ret+16(FP)
RET
在注释部分写的非常清楚，这个函数主要就是先比较一下当前传入的地址的值是否和 old 值相等，如果相等，就赋值新值返回 true，如果不相等就返回 false
我们看这个具体汇编代码就可以发现，使用了LOCK 来保证操作的原子性，CMPXCHG 指令其实就是 CPU 实现的 CAS 操作。
var (
x int64
mx sync.Mutex
wg sync.WaitGroup
)
// 普通函数， 并发不安全
func Add() {
x++
wg.Done()
}
// 互斥锁, 并发安全，性能低于原子操作
func MxAdd() {
mx.Lock()
x++
mx.Unlock()
wg.Done()
}
// 原子操作，并发安全，性能高于互斥锁，只针对go中的一些基本数据类型使用
func AmAdd() {
atomic.AddInt64(&x, 1)
wg.Done()
}
func main() {
// 原子操作atomic包
// 加锁操作涉及到内核态的上下文切换， 比较耗时，代价高
// 针对基本数据类型我们还可以使用原子操作来保证并发安全
// 因为原子操作是go语言提供的方法，我们在用户态就可以完成，因此性能比加锁操作更好
// go语言的原子操作由内置的库,sync/atomic完成
start := time.Now()
for i := 0; i < 10000; i++ {
wg.Add(1)
go Add() // 普通版Add函数不是并发安全的
//go MxAdd() // 加锁版Add函数，是并发安全的, 但是加锁性能开销大
//go AmAdd() // 原子操作版Add函数，是并发安全的，性能优于加锁版
}
end := time.Now()
wg.Wait()
fmt.Println(x)
fmt.Println(end.Sub(start))
}
互斥锁跟原子操作的区别
-
使用目的：互斥锁是用来保护一段逻辑，原子操作用于对一个变量的更新保护。
-
底层实现：
Mutex 由操作系统的调度器实现，
而 atomic 包中的原子操作则由底层硬件指令直接提供支持，这些指令在执行的过程中是不允许中断的，因此原子操作可以在 lock-free（无锁并发） 的情况下保证并发安全，并且它的性能也能做到随CPU个数的增多而线性扩展。
需要注意的是，所有原子操作方法的被操作数形参必须是指针类型，通过指针变量可以获取被操作数在内存中的地址，从而施加特殊的CPU指令，确保同一时间只有一个goroutine能够进行操作。
再强调一遍，原子操作由底层硬件支持，而锁则由操作系统的调度器实现。锁应当用来保护一段逻辑，对于一个变量更新的保护，原子操作通常会更有效率，并且更能利用计算机多核的优势，如果要更新的是一个复合对象，则应当使用atomic.Value
封装好的实现。