Go 语言为咱们提供了基于消息传递 CSP 并发模型，基于管道 + 协程能够很不便的编写高并发服务，然而在某些场景下，或多或少还是须要应用到锁，本篇文章次要介绍除了管道 chan 之外的常见并发编程模式。
原子操作 atomic
古代计算机都是多核 CPU，每个 CPU 还有本人的高速缓存，主存中局部数据会被缓存在高速缓存中，CPU 拜访数据时会先从高速缓存中查找。那如果同一块内存地址同时被缓存在核 0 与核 1 的 L2 级高速缓存呢？此时如果核 0 与核 1 同时批改该地址内容，则会造成抵触。（参考深刻了解计算机系统第六章，以 Intel Core i7 处理器为例，其有四个核，且每个核都有本人的 L1 和 L2 高速缓存）。
平时咱们认为的一些原子操作（不会有并发问题的操作），如赋值操作，取值操作等，在多核 CPU 架构下都有可能产生并发问题；另外还有一些常见语句，如 a += b 等也有并发问题。所以在某些场景，咱们须要想方法防止并发问题，怎么办呢？Go 语言 sync/atomic 包为咱们提供了一些常见的原子操作，应用这些办法不必放心并发问题。
// 数据加载
func LoadInt32(addr *int32) (val int32)
// 数据保留
func StoreInt32(addr *int32, val int32)
// 比拟替换操作，如果 addr 地址的数据等于 old，则赋值为 new
func CompareAndSwapInt32(addr *int32, old, new int32) (swapped bool)
//addr 地址的数据累加加 delta
func AddInt32(addr *int32, delta int32) (new int32)这些办法底层是怎么实现的呢？数据加载与保留还好了解一些，比拟替换以及数据累加，编译成汇编指令后，显著须要好几步操作能力实现，怎么做到原子的呢？其实还有一些咱们不晓得的指令，语义上尽管比较复杂，但却是一条指令：
/*
* 比拟替换指令
* "cmpxchgl r, [m]":
*
* if (eax == [m]) {
* zf = 1;
* [m] = r;
* } else {
* zf = 0;
* eax = [m];
* }
*/
/* 累加指令
* "xaddl r, [m]":
*
* temp = [m];
* [m] += r;
* r = temp;
*/那下面提到的高速缓存的问题怎么解决呢？目前处理器都提供有 lock 指令；其能够锁住总线，其余 CPU 对内存的读写申请都会被阻塞，直到锁开释；不过目前处理器都采纳锁缓存代替锁总线（锁总线的开销比拟大），即 lock 指令会锁定一个缓存行。当某个 CPU 收回 lock 信号锁定某个缓存行时，其余 CPU 会使它们的高速缓存该缓存行生效，同时检测是对该缓存行中数据进行了批改，如果是则会写所有已批改的数据；当某个高速缓存行被锁定时，其余 CPU 都无奈读写该缓存行；lock 后的写操作会及时会写到内存中。
联合这些常识，实现这些原子操作就非常简单了，参考 Go 语言 CompareAndSwapInt32 函数的汇编代码：
//runtime/internal/atomic/atomic_amd64.s
TEXT ·Cas(SB),NOSPLIT,$0-17
MOVQ ptr+0(FP), BX
MOVL old+8(FP), AX
MOVL new+12(FP), CX
// 锁缓存行
LOCK
// 比拟替换
CMPXCHGL CX, 0(BX)
SETEQ ret+16(FP)
RET锁 sync.Mutex
为什么须要锁呢？当然是为了解决并发问题，如多个协程同时操作同一个变量，这就不得不提一个经典的例子，多个协程累加公共变量，初始值为零，累加 1w 次，最终后果是什么呢？
package main
import (
"fmt"
"time"
)
var value = 0
func main() {
for i := 0; i <1000; i ++ {go func() {value ++}()}
// 为了期待所有的子协程执行结束
time.Sleep(time.Second * 10)
fmt.Println(value) //951，输入后果随机
}
明明启动了 1000 个协程，每个协程都对全局变量 value+1，最终 value 的后果为什么是随机的呢？因为这 1000 个协程大概率是调配到多个 CPU 调度执行的，多个 CPU 并行拜访内存变量，value ++ 操作还不是原子的（理论等于 value = value + 1，编译成的汇编指令更是由好几条指令组成），而且每个 CPU 还有高速缓存的存在（CPU 拜访到的其实是内存变量的正本），所以当多个协程操作同一个变量时其后果是不确定的。
那如果的确须要多个协程拜访同一个变量怎么办？这时候就须要加锁了，操作变量之前加锁，操作变量之后开释锁，锁保障了同一时刻只能有一个协程拜访到这个变量：
package main
import (
"fmt"
"sync"
"time"
)
var value = 0
func main() {lock := sync.Mutex{}
for i := 0; i <1000; i ++ {go func() {lock.Lock()
value ++
lock.Unlock()}()}
time.Sleep(time.Second * 10)
fmt.Println(value)
}并发相干的一些工具根本都在 sync 包，sync.Mutex 是一种罕用的排他锁，罕用来解决并发问题，其只有两个办法且应用非常简单，操作之前加锁 lock.Lock()，操作时候开释锁 lock.Unlock()。sync.Mutex 继承自接口 sync.Locker，咱们简略理解下 sync.Mutex.Lock 的实现：
// 父接口
type Locker interface {Lock()
Unlock()}
type Mutex struct {
// 锁的状态
state int32
// 信号量
sema uint32
}
func (m *Mutex) Lock() {
// 疾速加锁：原子操作 cas
if atomic.CompareAndSwapInt32(&m.state, 0, mutexLocked) {return}
// 加锁失败，再次缓缓加锁
m.lockSlow()}
func (m *Mutex) Unlock() {
// 疾速开释锁
new := atomic.AddInt32(&m.state, -mutexLocked)
if new != 0 {
// 开释失败，再次缓缓开释锁
m.unlockSlow(new)
}
}留神到，加锁和开释锁的时候，都是先基于原子操作尝试一次（可能失败），失败后才会走到 lockSlow 函数，该函数外围逻辑是一个 for 循环，在锁已被其余协程抢占时尝试自旋（防止协程切换），自旋完结后再次尝试获取锁（基于 cas），如果还是获取失败，则通过信号量 m.sema 抢占锁（相似于 Semacquire）。
并发 map sync.Map
map 之前的章节咱们曾经介绍过，多个协程并发操作 map 时，可能会导致 panic（fatal error: concurrent map writes），这是因为当咱们并发写 map 时，可能导致意料之外的状况产生。那怎么解决呢？Go 语言为咱们提供了并发 sync.Map，应用形式如下：
package main
import (
"fmt"
"sync"
"time"
)
func main() {var m = sync.Map{}
// 创立 10 个协程
for i := 0; i <= 10; i ++ {go func() {
// 协程内，循环操作 map
for j := 0; j <= 100; j ++ {
// 数据读取
v, ok := m.Load(fmt.Sprintf("test_%v", j))
if ok {
// 数据写入
m.Store(fmt.Sprintf("test_%v", j), v.(int) + 1)
} else {m.Store(fmt.Sprintf("test_%v", j), 0)
}
}
}()}
// 主协程休眠 3 秒，否则主协程完结了，子协程没有机会执行
time.Sleep(time.Second * 3)
fmt.Println(m.Load("test_0"))
}那是不是每次操作之前都须要加锁呢？这样的话性能是不是会有所升高？这是必定的，不过 Go 语言也通过 ” 读写拆散 ” 计划（适宜读多写少的场景），尽可能的缩小锁的开销，如下是 sync.Map 的定义：
type Map struct {
// 锁
mu Mutex
// 只读的数据，相当于缓存
read atomic.Value // readOnly
// 可写数据，拜访须要加锁
dirty map[any]*entry
misses int
}
// readOnly 构造定义，也是一个 map
type readOnly struct {m map[any]*entry
//dirty 是否存在局部数据，在 readonly 不存在
amended bool // true if the dirty map contains some key not in m.
}留神 read 是只读数据，相当于一份缓存数据，map 的增删改依赖于 dirty。这样辨别之后，map 的读写流程当然也须要扭转了。
func (m *Map) Load(key any) (value any, ok bool) {
// 加载只读数据
read, _ := m.read.Load().(readOnly)
e, ok := read.m[key]
// 没有查到数据，dirty 还有一些数据时 readonly 没有的
if !ok && read.amended {
// 加锁
m.mu.Lock()
// 再次尝试读取 readonly
read, _ = m.read.Load().(readOnly)
e, ok = read.m[key]
// 没有查到数据，dirty 还有一些数据时 readonly 没有的
if !ok && read.amended {e, ok = m.dirty[key]
m.missLocked()}
m.mu.Unlock()}
if !ok {return nil, false}
return e.load()}
// 如果 misses 次数过多，将 dirty 数据加载到 readonly
func (m *Map) missLocked() {
m.misses++
if m.misses < len(m.dirty) {return}
m.read.Store(readOnly{m: m.dirty})
m.dirty = nil
m.misses = 0
}能够看到，读取操作优先查问 readonly 数据，因为不须要加锁，当然在屡次操作之后 readonly 数据可能和 dirty 数据不一样，如果 misses 次数过多，会将 dirty 数据加载到 readonly；另外在写数据时，如果 readonly 存在 key，则尝试写 readonly（基于 cas，不须要加锁）；如果写失败，再加锁，有趣味的能够本人学习下 sync.Map.Store 函数的实现逻辑。
并发管制 sync.Waitgroup
构想有这么一个需要：业务须要从三个数据接口查问数据，而且这三个接口互不依赖，传统的编程形式可能就是顺序调用了，这样总的耗时是这三个接口耗时之和，在 Go 语言中，提供了并发管制 sync.Waitgroup，使得咱们能够并发申请三个接口，这时候总的耗时等于三个接口耗时的最大值。
package main
import (
"fmt"
"sync"
)
func main() {
//WaitGroup 用于协程并发管制
wg := sync.WaitGroup{}
// 启动 10 个协程并发执行工作
for i := 0; i < 10; i ++ {
// 标记工作开始
wg.Add(1)
go func(a int) {fmt.Println(fmt.Sprintf("work %d exec", a))
// 标记工作完结
wg.Done()}(i)
}
// 主协程期待工作完结
wg.Wait()
fmt.Println("main end")
}如下面程序所示，主协程启动了 10 个协程，然而必须等到 10 个协程都完结（相当于期待 10 个子协程申请接口返回响应后果）。sync.WaitGroup 应用非常简单，只有三个 API，Add 办法标识子工作开启，Done 办法标识子工作完结，主协程中应用 Wait 办法，期待所有子工作完结，否则主协程会始终阻塞在这里。
type WaitGroup struct {
// 64-bit value: high 32 bits are counter, low 32 bits are waiter count.
// 64-bit atomic operations require 64-bit alignment, but 32-bit
// compilers only guarantee that 64-bit fields are 32-bit aligned.
// For this reason on 32 bit architectures we need to check in state()
// if state1 is aligned or not, and dynamically "swap" the field order if
// needed.
state1 uint64
state2 uint32
}sync.WaitGroup 构造的定义非常简单，只有两个字段：一个示意并发工作数，一个示意期待者数量，别离用 32bit 整数示意，只不过在 32-bit/64-bit 架构下，因为内存对齐形式不太一样，两个字段的拜访形式也不太一样。
sync.WaitGroup 构造的 API 办法这里就不做过多介绍了，底层是基于后面介绍的原子操作（LoadUint64、AddUint64、CompareAndSwapUint64）实现的，有趣味的能够本人学习钻研（参考文件 sync/waitgroup.go）。
并发检测 race
Go 程序日常开发中，如果放心可能存在并发问题，能够应用 -race 检测潜在的并发问题，以下面的程序为例：
package main
import (
"fmt"
"time"
)
var value = 0
func main() {
for i := 0; i <1000; i ++ {go func() {value ++}()}
time.Sleep(time.Second * 10)
fmt.Println(value)
}
go run -race test.go
==================
WARNING: DATA RACE
Read at 0x0000011f48a8 by goroutine 8:
main.main.func1()
/test.go:13 +0x29
Previous write at 0x0000011f48a8 by goroutine 7:
main.main.func1()
/test.go:13 +0x44
Goroutine 8 (running) created at:
main.main()
/test.go:12 +0x39
Goroutine 7 (finished) created at:
main.main()
/test.go:12 +0x39总结
本篇文章重点介绍了 Go 语言原子操作，互斥锁，并发 map 以及并发管制的根本应用，当然还有局部并发包没有介绍，如条件变量（cyn.Cond），读写锁（sync.RWMutex）等等，这些有趣味的能够本人学习钻研。