Что такое атомарные операции, какие их виды существуют, и когда и как их лучше использовать?

Атомарные операции — это операции над памятью, выполнение которых гарантированно завершается либо полностью, либо не начинается вовсе, и они не могут быть прерваны другими конкурирующими операциями. Они являются неделимыми и потокобезопасными на аппаратном уровне.

В Go пакет sync/atomic предоставляет набор функций для выполнения атомарных операций:

Использовать атомарные операции лучше всего в случаях, когда требуется простая, низкоуровневая синхронизация доступа к общим переменным, чаще всего счетчикам или флагам, без использования мьютексов. Они обеспечивают минимальные накладные расходы и лучшую производительность по сравнению с мьютексами в таких сценариях.

Пример использования атомарного счетчика:

package main

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

func main() {
	var counter int64
	var wg sync.WaitGroup

	for i := 0; i < 100; i++ {
		wg.Add(1)
		go func() {
			// Атомарно увеличиваем счетчик
			atomic.AddInt64(&counter, 1)
			wg.Done()
		}()
	}

	wg.Wait()
	// Атомарно загружаем значение счетчика
	fmt.Println("Final Counter:", atomic.LoadInt64(&counter))
}

Пример использования CompareAndSwap:

package main

import (
	"fmt"
	"sync/atomic"
)

func main() {
	var value int32 = 10

	// Попытка обменять значение, если текущее равно 10, на 20
	swapped := atomic.CompareAndSwapInt32(&value, 10, 20)
	fmt.Println("Swapped:", swapped) // Swapped: true
	fmt.Println("Value:", value)   // Value: 20

	// Попытка обменять значение, если текущее равно 10, на 30
	swapped = atomic.CompareAndSwapInt32(&value, 10, 30)
	fmt.Println("Swapped:", swapped) // Swapped: false
	fmt.Println("Value:", value)   // Value: 20
}

Важно помнить, что атомарные операции работают с примитивными типами данных (целые числа, указатели). Для синхронизации доступа к более сложным структурам данных или выполнения блокирующих операций по-прежнему требуются мьютексы или другие механизмы синхронизации. Чрезмерное или неправильное использование атомарных операций может привести к трудноотлавливаемым ошибкам или снижению производительности.