并发

Go 的并发方案：goroutine

• 并行（parallelism），指的就是在同一时刻，有两个或两个以上的任务（这里指进程）的代码在处理器上执行。
  • 并发不是并行，并发关乎结构，并行关乎执行。
  • 将程序分成多个可独立执行的部分的结构化程序的设计方法，就是并发设计。
• Go 并没有使用操作系统线程作为承载分解后的代码片段（模块）的基本执行单元，而是实现了 goroutine 这一由 Go 运行时（runtime）负责调度的、轻量的用户级线程，为并发程序设计提供原生支持。
• 相比传统操作系统线程来说，goroutine 的优势主要是：
  • 资源占用小，每个 goroutine 的初始栈大小仅为 2k；
  • 由 Go 运行时而不是操作系统调度，goroutine 上下文切换在用户层完成，开销更小；
  • 在语言层面而不是通过标准库提供。goroutine 由go关键字创建，一退出就会被回收或销毁，开发体验更佳；
  • 语言内置 channel 作为 goroutine 间通信原语，为并发设计提供了强大支撑。
• 和传统编程语言不同的是，Go 语言是面向并发而生的，所以，在程序的结构设计阶段，Go 的惯例是优先考虑并发设计。这样做的目的更多是考虑随着外界环境的变化，通过并发设计的 Go 应用可以更好地、更自然地适应规模化（scale）。

goroutine 的基本用法

• 并发是一种能力，它让你的程序可以由若干个代码片段组合而成，并且每个片段都是独立运行的。
• goroutine 恰恰就是 Go 原生支持并发的一个具体实现。
  • 无论是 Go 自身运行时代码还是用户层 Go 代码，都无一例外地运行在 goroutine 中。
  • Go 语言通过 go 关键字+函数/方法的方式创建一个 goroutine。
  • 创建后，新 goroutine 将拥有独立的代码执行流，并与创建它的 goroutine 一起被 Go 运行时调度。

    go fmt.Println("I am a goroutine")
    var c = make(chan int)
    go func(a, b int) {c <- a + b
    }(3,4)
    // $GOROOT/src/net/http/server.go
    c := srv.newConn(rw)
    go c.serve(connCtx)
    

  • 通过 go 关键字，我们可以基于已有的具名函数 / 方法创建 goroutine，也可以基于匿名函数 / 闭包创建 goroutine。
    • 创建 goroutine 后，go 关键字不会返回 goroutine id 之类的唯一标识 goroutine 的 id，你也不要尝试去得到这样的 id 并依赖它。
    • 另外，和线程一样，一个应用内部启动的所有 goroutine 共享进程空间的资源，如果多个 goroutine 访问同一块内存数据，将会存在竞争，我们需要进行 goroutine 间的同步。
  • goroutine 的执行函数的返回，就意味着 goroutine 退出。
    • goroutine 执行的函数或方法即便有返回值，Go 也会忽略这些返回值。
    • 所以，如果获取 goroutine 执行后的返回值需要另行考虑其他方法，比如通过 goroutine 间的通信来实现。

goroutine 间的通信

• 传统的编程语言（比如：C++、Java、Python 等）并非面向并发而生的，所以他们面对并发的逻辑多是基于操作系统的线程。
• 并发的执行单元（线程）之间的通信，利用的也是操作系统提供的线程或进程间通信的原语，比如：共享内存、信号（signal）、管道（pipe）、消息队列、套接字（socket）等。
• 在这些通信原语中，使用最多、最广泛的（也是最高效的）是结合了线程同步原语（比如：锁以及更为低级的原子操作）的共享内存方式，因此，我们可以说传统语言的并发模型是基于对内存的共享的。
• 一个符合 CSP（Communicationing Sequential Processes，通信顺序进程）并发模型的并发程序应该是一组通过输入输出原语连接起来的 P 的集合。
  • 从这个角度来看，CSP 理论不仅是一个并发参考模型，也是一种并发程序的程序组织方法。它的组合思想与 Go 的设计哲学不谋而合。
  • 在 Go 中，与“Process”对应的是 goroutine。
  • 为了实现 CSP 并发模型中的输入和输出原语，Go 还引入了 goroutine（P）之间的通信原语 channel。
  • goroutine 可以从 channel 获取输入数据，再将处理后得到的结果数据通过 channel 输出。
  • 通过 channel 将 goroutine（P）组合连接在一起，让设计和编写大型并发系统变得更加简单和清晰，我们再也不用为那些传统共享内存并发模型中的问题而伤脑筋了。
• 虽然 CSP 模型已经成为 Go 语言支持的主流并发模型，但 Go 也支持传统的、基于共享内存的并发模型，并提供了基本的低级别同步原语（主要是 sync 包中的互斥锁、条件变量、读写锁、原子操作等）。
• Go 始终推荐以 CSP 并发模型风格构建并发程序，尤其是在复杂的业务层面，这能提升程序的逻辑清晰度，大大降低并发设计的复杂性，并让程序更具可读性和可维护性。
• 不过，对于局部情况，比如涉及性能敏感的区域或需要保护的结构体数据时，我们可以使用更为高效的低级同步原语（如 mutex），保证 goroutine 对数据的同步访问。

Goroutine 调度器

• 一个 Go 程序对于操作系统来说只是一个用户层程序，操作系统眼中只有线程，它甚至不知道有一种叫 Goroutine 的事物存在。所以，Goroutine 的调度全要靠 Go 自己完成。那么，实现 Go 程序内 Goroutine 之间“公平”竞争“CPU”资源的任务，就落到了 Go 运行时（runtime）头上了。
• Goroutine 竞争的资源就是操作系统线程。Goroutine调度器的任务就是将 Goroutine 按照一定算法放到不同的操作系统线程中去执行。

深入 G-P-M 模型

• G、P 和 M
  • G: 代表 Goroutine，存储了 Goroutine 的执行栈信息、Goroutine 状态以及 Goroutine 的任务函数等，而且 G 对象是可以重用的；
  • P: 代表逻辑 processor，P 的数量决定了系统内最大可并行的 G 的数量，P 的最大作用还是其拥有的各种 G 对象队列、链表、一些缓存和状态；
  • M: M 代表着真正的执行计算资源。
    • 在绑定有效的 P 后，进入一个调度循环，而调度循环的机制大致是从 P 的本地运行队列以及全局队列中获取 G，切换到 G 的执行栈上并执行 G 的函数，调用 goexit 做清理工作并回到 M，如此反复。
    • M 并不保留 G 状态，这是 G 可以跨 M 调度的基础。
  • Goroutine 调度器的目标，就是公平合理地将各个 G 调度到 P 上“运行”。
• G 被抢占调度
  • 除非极端的无限循环，否则只要 G 调用函数，Go 运行时就有了抢占 G 的机会。
  • Go 程序启动时，运行时会去启动一个名为 sysmon 的 M（一般称为监控线程），这个 M 的特殊之处在于它不需要绑定 P 就可以运行（以 g0 这个 G 的形式），这个 M 在整个 Go 程序的运行过程中至关重要。
  • sysmon 每 20us~10ms 启动一次，sysmon 主要完成了这些工作：
    • 释放闲置超过 5 分钟的 span 内存；
    • 如果超过 2 分钟没有垃圾回收，强制执行；
    • 将长时间未处理的 netpoll 结果添加到任务队列；
    • 向长时间运行的 G 任务发出抢占调度，这个事情由函数 retake 实施；
    • 收回因 syscall 长时间阻塞的 P；
  • 如果一个 G 任务运行 10ms，sysmon 就会认为它的运行时间太久而发出抢占式调度的请求。一旦 G 的抢占标志位被设为 true，那么等到这个 G 下一次调用函数或方法时，运行时就可以将 G 抢占并移出运行状态，放入队列中，等待下一次被调度。
• 两个特殊情况下 G 的调度方法
  • 第一种：channel 阻塞或网络 I/O 情况下的调度。
    • 如果 G 被阻塞在某个 channel 操作或网络 I/O 操作上时，G 会被放置到某个等待（wait）队列中，而 M 会尝试运行 P 的下一个可运行的 G。
    • 如果这个时候 P 没有可运行的 G 供 M 运行，那么 M 将解绑 P，并进入挂起状态。
    • 当 I/O 操作完成或 channel 操作完成，在等待队列中的 G 会被唤醒，标记为可运行（runnable），并被放入到某 P 的队列中，绑定一个 M 后继续执行。
  • 第二种：系统调用阻塞情况下的调度。
    • 如果 G 被阻塞在某个系统调用（system call）上，那么不光 G 会阻塞，执行这个 G 的 M 也会解绑 P，与 G 一起进入挂起状态。
    • 如果此时有空闲的 M，那么 P 就会和它绑定，并继续执行其他 G；如果没有空闲的 M，但仍然有其他 G 要去执行，那么 Go 运行时就会创建一个新 M（线程）。
    • 当系统调用返回后，阻塞在这个系统调用上的 G 会尝试获取一个可用的 P，如果没有可用的 P，那么 G 会被标记为 runnable，之前的那个挂起的 M 将再次进入挂起状态。

作为一等公民的 channel

• channel 作为一等公民意味着我们可以像使用普通变量那样使用 channel，比如，定义 channel 类型变量、给 channel 变量赋值、将 channel 作为参数传递给函数 / 方法、将 channel 作为返回值从函数 / 方法中返回，甚至将 channel 发送到其他 channel 中。
• 创建 channel
  • 和切片、结构体、map 等一样，channel 也是一种复合数据类型。也就是说，我们在声明一个 channel 类型变量时，必须给出其具体的元素类型：var ch chan int。这里，我们声明了一个元素为 int 类型的 channel 类型变量 ch。
  • 如果 channel 类型变量在声明时没有被赋予初值，那么它的默认值为 nil。
    • 并且，和其他复合数据类型支持使用复合类型字面值作为变量初始值不同，为 channel 类型变量赋初值的唯一方法就是使用 make 这个 Go 预定义的函数：

      ch1 := make(chan int)
      ch2 := make(chan int, 5)
      

    • 这里，我们声明了两个元素类型为 int 的 channel 类型变量 ch1 和 ch2，并给这两个变量赋了初值。
    • 第一行我们通过make(chan T)创建的、元素类型为 T 的 channel 类型，是无缓冲 channel，而第二行中通过带有 capacity 参数的make(chan T, capacity)创建的元素类型为 T、缓冲区长度为 capacity 的 channel 类型，是带缓冲 channel。
• 发送与接收
  • Go 提供了<-操作符用于对 channel 类型变量进行发送与接收操作：

    ch1 <- 13 // 将整型字面值 13 发送到无缓冲 channel 类型变量 ch1 中
    n := <- ch1 // 从无缓冲 channel 类型变量 ch1 中接收一个整型值存储到整型变量 n 中
    ch2 <- 17 // 将整型字面值 17 发送到带缓冲 channel 类型变量 ch2 中
    m := <- ch2 // 从带缓冲 channel 类型变量 ch2 中接收一个整型值存储到整型变量 m 中
    

  • channel 是用于 Goroutine 间通信的，所以绝大多数对 channel 的读写都被分别放在了不同的 Goroutine 中。
  • 由于无缓冲 channel 的运行时层实现不带有缓冲区，所以 Goroutine 对无缓冲 channel 的接收和发送操作是同步的。
    • 也就是说，对同一个无缓冲 channel，只有对它进行接收操作的 Goroutine 和对它进行发送操作的 Goroutine 都存在的情况下，通信才能得以进行，否则单方面的操作会让对应的 Goroutine 陷入挂起状态。
    • 对无缓冲 channel 类型的发送与接收操作，一定要放在两个不同的 Goroutine 中进行，否则会导致 deadlock。
  • 和无缓冲 channel 相反，带缓冲 channel 的运行时层实现带有缓冲区，因此，对带缓冲 channel 的发送操作在缓冲区未满、接收操作在缓冲区非空的情况下是异步的（发送或接收不需要阻塞等待）。
    • 也就是说，对一个带缓冲 channel 来说，在缓冲区未满的情况下，对它进行发送操作的 Goroutine 并不会阻塞挂起；
    • 在缓冲区有数据的情况下，对它进行接收操作的 Goroutine 也不会阻塞挂起。
    • 但当缓冲区满了的情况下，对它进行发送操作的 Goroutine 就会阻塞挂起；
    • 当缓冲区为空的情况下，对它进行接收操作的 Goroutine 也会阻塞挂起。
  • 使用操作符 <-，我们还可以声明只发送 channel 类型（send-only）和只接收 channel 类型（recv-only）：

    ch1 := make(chan<- int, 1) // 只发送channel类型
    ch2 := make(<-chan int, 1) // 只接收channel类型
    <-ch1 // invalid operation: <-ch1 (receive from send-only type chan<- int
    ch2 <- 13 // invalid operation: ch2 <- 13 (send to receive-only type <-chan int
    

  • 通常只发送 channel 类型和只接收 channel 类型，会被用作函数的参数类型或返回值，用于限制对 channel 内的操作，或者是明确可对 channel 进行的操作的类型。
    • channel 的一个使用惯例是发送端负责关闭 channel。
    • 这是因为发送端没有像接受端那样的、可以安全判断 channel 是否被关闭了的方法。
    • 同时，一旦向一个已经关闭的 channel 执行发送操作，这个操作就会引发 panic。
• select
  • 当涉及同时对多个 channel 进行操作时，我们会结合 Go 为 CSP 并发模型提供的另外一个原语 select，一起使用。
  • 通过 select，我们可以同时在多个 channel 上进行发送 / 接收操作：

    select {
    case x := <-ch1: // 从 channel ch1 接收数据
    ... ...
    case y, ok := <-ch2: // 从 channel ch2 接收数据，并根据 ok 值判断 ch2 是否已经关闭
    ... ...
    case ch3 <- z: // 将 z 值发送到 channel ch3 中:
    ... ...
    default: // 当上面 case 中的 channel 通信均无法实施时，执行该默认分支
    }
    

  • 当 select 语句中没有 default 分支，而且所有 case 中的 channel 操作都阻塞了的时候，整个 select 语句都将被阻塞，直到某一个 case 上的 channel 变成可发送，或者某个 case 上的 channel 变成可接收，select 语句才可以继续进行下去。
• 无缓冲 channel 的惯用法
  • 第一种用法：用作信号传递
    • 无缓冲 channel 用作信号传递的时候，有两种情况，分别是 1 对 1 通知信号和 1 对 n 通知信号。
    • 关闭一个无缓冲 channel 会让所有阻塞在这个 channel 上的接收操作返回，从而实现一种 1 对 n 的“广播”机制。
  • 第二种用法：用于替代锁机制
    • 无缓冲 channel 具有同步特性，这让它在某些场合可以替代锁，让我们的程序更加清晰，可读性也更好。
• 带缓冲 channel 的惯用法
  • 带缓冲的 channel 与无缓冲的 channel 的最大不同之处，就在于它的异步性。
  • 第一种用法：用作消息队列
    • 无论是 1 收 1 发还是多收多发，带缓冲 channel 的收发性能都要好于无缓冲 channel；
    • 对于带缓冲 channel 而言，发送与接收的 Goroutine 数量越多，收发性能会有所下降；
    • 对于带缓冲 channel 而言，选择适当容量会在一定程度上提升收发性能。
  • 第二种用法：用作计数信号量（counting semaphore）
    • Go 并发设计的一个惯用法，就是将带缓冲 channel 用作计数信号量（counting semaphore）。
    • 带缓冲 channel 中的当前数据个数代表的是，当前同时处于活动状态（处理业务）的 Goroutine 的数量，而带缓冲 channel 的容量（capacity），就代表了允许同时处于活动状态的 Goroutine 的最大数量。
    • 向带缓冲 channel 的一个发送操作表示获取一个信号量，而从 channel 的一个接收操作则表示释放一个信号量。
• len(channel) 的应用
  • 针对 channel ch 的类型不同，len(ch) 有如下两种语义：
    • 当 ch 为无缓冲 channel 时，len(ch) 总是返回 0；
    • 当 ch 为带缓冲 channel 时，len(ch) 返回当前 channel ch 中尚未被读取的元素个数。
  • channel 原语用于多个 Goroutine 间的通信，一旦多个 Goroutine 共同对 channel 进行收发操作，len(channel) 就会在多个 Goroutine 间形成“竞态”。
    • 单纯地依靠 len(channel) 来判断 channel 中元素状态，是不能保证在后续对 channel 的收发时 channel 状态是不变的。
    • 为了不阻塞在 channel 上，常见的方法是将“判空与读取”放在一个“事务”中，将“判满与写入”放在一个“事务”中，而这类“事务”我们可以通过 select 实现。

      func producer(c chan<- int) {var i int = 1for {time.Sleep(2 * time.Second)ok := trySend(c, i)if ok {fmt.Printf("[producer]: send [%d] to channel\n", i)i++continue}fmt.Printf("[producer]: try send [%d], but channel is full\n", i)}
      } func tryRecv(c <-chan int) (int, bool) {select {case i := <-c:return i, truedefault:return 0, false}
      }func trySend(c chan<- int, i int) bool {select {case c <- i:return truedefault:return false}
      }func consumer(c <-chan int) {for {i, ok := tryRecv(c)if !ok {fmt.Println("[consumer]: try to recv from channel, but the channeltime.Sleep(1 * time.Second)continue}fmt.Printf("[consumer]: recv [%d] from channel\n", i)if i >= 3 {fmt.Println("[consumer]: exit")return}}
      }func main() {var wg sync.WaitGroupc := make(chan int, 3)wg.Add(2)go func() {producer(c)wg.Done()}()go func() {consumer(c)wg.Done()}()wg.Wait()
      }
      

    • 这种方法适用于大多数场合，但是这种方法有一个“问题”，那就是它改变了 channel 的状态，会让 channel 接收了一个元素或发送一个元素到 channel。
    • 有些时候我们不想这么做，我们想在不改变 channel 状态的前提下，单纯地侦测 channel 的状态，而又不会因 channel 满或空阻塞在 channel 上。但很遗憾，目前没有一种方法可以在实现这样的功能的同时，适用于所有场合。
    • 但是在特定的场景下，我们可以用 len(channel) 来实现。
      • 多发送单接收
        • 也就是有多个发送者，但有且只有一个接收者。
        • 在这样的场景下，我们可以在接收 goroutine 中使用 len(channel) 是否大于 0 来判断是否 channel 中有数据需要接收。
      • 多接收单发送
        • 也就是有多个接收者，但有且只有一个发送者。在这样的场景下，我们可以在发送 Goroutine 中使用 len(channel) 是否小于 cap(channel) 来判断是否可以执行向 channel 的发送操作。
  • 如果一个 channel 类型变量的值为 nil，我们称它为 nil channel。nil channel 有一个特性，那就是对 nil channel 的读写都会发生阻塞。
• channel 与 select 结合使用的一些惯用法
  • 第一种用法：利用 default 分支避免阻塞
    • select 语句的 default 分支的语义，就是在其他非 default 分支因通信未就绪，而无法被选择的时候执行的，这就给 default 分支赋予了一种“避免阻塞”的特性。
  • 第二种用法：实现超时机制
    • 带超时机制的 select，是 Go 中常见的一种 select 和 channel 的组合用法。
    • 通过超时事件，我们既可以避免长期陷入某种操作的等待中，也可以做一些异常处理工作。

      func worker() {select {case <-c:// ... do some stuffcase <-time.After(30 *time.Second):return}
      }
      

    • 我们要尽量减少在使用 Timer 时给 Go 运行时和 Go 垃圾回收带来的压力，要及时调用 timer 的 Stop 方法回收 Timer 资源。
  • 第三种用法：实现心跳机制
    • 结合 time 包的 Ticker，我们可以实现带有心跳机制的 select。
    • 这种机制让我们可以在监听 channel 的同时，执行一些周期性的任务：

      func worker() {heartbeat := time.NewTicker(30 * time.Second)defer heartbeat.Stop()for {select {case <-c:// ... do some stuffcase <- heartbeat.C://... do heartbeat stuff}}
      }
      

如何使用共享变量？

sync 包低级同步原语可以用在哪？

• 首先是需要高性能的临界区（critical section）同步机制场景。
  • 在 Go 中，channel 并发原语也可以用于对数据对象访问的同步，我们可以把 channel 看成是一种高级的同步原语，它自身的实现也是建构在低级同步原语之上的。
  • 也正因为如此，channel 自身的性能与低级同步原语相比要略微逊色，开销要更大。
• 第二种就是在不想转移结构体对象所有权，但又要保证结构体内部状态数据的同步访问的场景。
  • 基于 channel 的并发设计，有一个特点：在 Goroutine 间通过 channel 转移数据对象的所有权。所以，只有拥有数据对象所有权（从 channel 接收到该数据）的 Goroutine 才可以对该数据对象进行状态变更。
  • 如果设计中没有转移结构体对象所有权，但又要保证结构体内部状态数据在多个 Goroutine 之间同步访问，那么可以使用 sync 包提供的低级同步原语来实现，比如最常用的 sync.Mutex。

sync 包中同步原语使用的注意事项

• Go 标准库中 sync.Mutex 的定义是这样的：

  // $GOROOT/src/sync/mutex.go
  type Mutex struct {state int32sema uint32
  }
  

  • Mutex 的定义非常简单，由两个整型字段 state 和 sema 组成：

    state：表示当前互斥锁的状态；
    sema：用于控制锁状态的信号量。
    

  • 初始情况下，Mutex 的实例处于 Unlocked 状态（state 和 sema 均为 0）。
  • 对 Mutex 实例的复制也就是两个整型字段的复制。一旦发生复制，原变量与副本就是两个单独的内存块，各自发挥同步作用，互相就没有了关联。如果发生复制后，仍然认为原变量与副本保护的是同一个数据对象，那可就大错特错了。
  • 一旦 Mutex 类型变量被拷贝，原变量与副本就各自发挥作用，互相没有关联了。甚至，如果拷贝的时机不对，比如在一个 mutex 处于 locked 的状态时对它进行了拷贝，就会对副本进行加锁操作，将导致加锁的 Goroutine 永远阻塞下去。
  • 如果对使用过的、sync 包中的类型的示例进行复制，并使用了复制后得到的副本，将导致不可预期的结果。所以，在使用 sync 包中的类型的时候，我们推荐通过闭包方式，或者是传递类型实例（或包裹该类型的类型实例）的地址（指针）的方式进行。这就是使用 sync 包时最值得我们注意的事项。
• sync 包提供了两种用于临界区同步的原语：互斥锁（Mutex）和读写锁（RWMutex）。
  • 它们都是零值可用的数据类型，也就是不需要显式初始化就可以使用，并且使用方法都比较简单。

    var mu sync.Mutex
    mu.Lock() // 加锁
    doSomething()
    mu.Unlock() // 解锁
    

    • 一旦某个 Goroutine 调用的 Mutex 执行 Lock 操作成功，它将成功持有这把互斥锁。
    • 这个时候，如果有其他 Goroutine 执行 Lock 操作，就会阻塞在这把互斥锁上，直到持有这把锁的 Goroutine 调用 Unlock 释放掉这把锁后，才会抢到这把锁的持有权并进入临界区。
    • 由此，我们也可以得到使用互斥锁的两个原则：
      • 尽量减少在锁中的操作。这可以减少其他因 Goroutine 阻塞而带来的损耗与延迟。
      • 一定要记得调用 Unlock 解锁。忘记解锁会导致程序局部死锁，甚至是整个程序死锁，会导致严重的后果。
  • 读写锁与互斥锁用法大致相同，只不过多了一组加读锁和解读锁的方法：

    var rwmu sync.RWMutex
    rwmu.RLock() //加读锁
    readSomething()
    rwmu.RUnlock() //解读锁
    rwmu.Lock() //加写锁
    changeSomething()
    rwmu.Unlock() //解写锁
    

    • 写锁与 Mutex 的行为十分类似，一旦某 Goroutine 持有写锁，其他 Goroutine 无论是尝试加读锁，还是加写锁，都会被阻塞在写锁上。
    • 读锁就宽松多了，一旦某个 Goroutine 持有读锁，它不会阻塞其他尝试加读锁的 Goroutine，但加写锁的 Goroutine 依然会被阻塞住。
    • 通常，互斥锁（Mutex）是临时区同步原语的首选，它常被用来对结构体对象的内部状态、缓存等进行保护，是使用最为广泛的临界区同步原语。相比之下，读写锁的应用就没那么广泛了，只活跃于它擅长的场景下。
    • 读写锁适合应用在具有一定并发量且读多写少的场合。在大量并发读的情况下，多个 Goroutine 可以同时持有读锁，从而减少在锁竞争中等待的时间。
• 条件变量
  • sync.Cond是传统的条件变量原语概念在 Go 语言中的实现。
    • 我们可以把一个条件变量理解为一个容器，这个容器中存放着一个或一组等待着某个条件成立的 Goroutine。
    • 当条件成立后，这些处于等待状态的 Goroutine 将得到通知，并被唤醒继续进行后续的工作。
  • 条件变量是同步原语的一种，如果没有条件变量，开发人员可能需要在 Goroutine 中通过连续轮询的方式，检查某条件是否为真，这种连续轮询非常消耗资源，因为 Goroutine 在这个过程中是处于活动状态的，但它的工作又没有进展。

原子操作（atomic operations）

• atomic 包是 Go 语言给用户提供的原子操作原语的相关接口。原子操作（atomic operations）是相对于普通指令操作而言的。
• 原子操作由底层硬件直接提供支持，是一种硬件实现的指令级的“事务”，因此相对于操作系统层面和 Go 运行时层面提供的同步技术而言，它更为原始。
• atomic 包封装了 CPU 实现的部分原子操作指令，为用户层提供体验良好的原子操作函数，因此 atomic 包中提供的原语更接近硬件底层，也更为低级，它也常被用于实现更为高级的并发同步技术，比如 channel 和 sync 包中的同步原语。
• atomic 包提供了两大类原子操作接口，一类是针对整型变量的，包括有符号整型、无符号整型以及对应的指针类型；另外一类是针对自定义类型的。因此，第一类原子操作接口的存在让 atomic 包天然适合去实现某一个共享整型变量的并发同步。
• atomic 原子操作的特性：随着并发量提升，使用 atomic 实现的共享变量的并发读写性能表现更为稳定，尤其是原子读操作，和 sync 包中的读写锁原语比起来，atomic 表现出了更好的伸缩性和高性能。
• atomic 包更适合一些对性能十分敏感、并发量较大且读多写少的场合。不过，atomic 原子操作可用来同步的范围有比较大限制，只能同步一个整型变量或自定义类型变量。如果我们要对一个复杂的临界区数据进行同步，那么首选的依旧是 sync 包中的原语。