在Go语言中,CAS(Compare and Swap) 操作一般都是通过 atomic
操作来实现的,我们来探究一下底层是怎么实现的。
我们以 CompareAndSwapInt32
为例,首先找到源码,位于 doc.go
:
// CompareAndSwapInt32 executes the compare-and-swap operation for an int32 value.
// Consider using the more ergonomic and less error-prone [Int32.CompareAndSwap] instead.
func CompareAndSwapInt32(addr *int32, old, new int32) (swapped bool)
在Go语言中,这种只有函数声明,没有函数实现的,通常意味着函数的实现在Go汇编中。在 asm.s
中可以找到定义:
TEXT ·CompareAndSwapInt32(SB),NOSPLIT,$0
JMP runtime∕internal∕atomic·Cas(SB)
然后跟着路径找 internal/atomic/atomic_amd64.s
:
// bool Cas(int32 *val, int32 old, int32 new)
// Atomically:
// if(*val == old){
// *val = new;
// return 1;
// } else
// return 0;
TEXT ·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
我们来看下这段汇编代码的意思,以下解释来自ChatGPT:
TEXT ·Cas(SB),NOSPLIT,$0-17
这行代码定义了一个名为 Cas
的函数,SB
是一个汇编器符号,表示当前包的起始地址。
NOSPLIT
表示该函数不会发生栈的分裂,$0-17
表示函数没有输入参数,但有 17 个字节的输出参数。
MOVQ ptr+0(FP), BX
这行代码将函数的第一个输入参数 ptr
的值加载到寄存器 BX
中。
MOVL old+8(FP), AX
这行代码将函数的第二个输入参数 old
的值加载到寄存器 AX
中。
MOVL new+12(FP), CX
这行代码将函数的第三个输入参数 new
的值加载到寄存器 CX
中。
LOCK
这行代码是一个前缀指令,用于告诉处理器后面的指令是原子操作,需要获取总线锁。
CMPXCHGL CX, 0(BX)
这行代码使用 CMPXCHG 指令进行比较和交换操作。它比较内存地址 0(BX)
处的值与寄存器 CX
的值是否相等,如果相等,则将寄存器 CX
的值写入内存地址 0(BX)
中。
SETEQ ret+16(FP)
这行代码根据 CMPXCHG 指令的结果设置标志位,如果比较和交换成功,则将标志位设置为 1,否则设置为 0。
RET
这行代码表示函数的返回。
总的来说,这段汇编代码实现了一个 CAS 操作,它比较内存地址中的值与期望值是否相等,如果相等,则将新的值写入内存地址中,并返回操作是否成功。这个 CAS 操作使用了 CMPXCHG 指令来实现原子的比较和交换操作。
其实说到底,Golang的CAS操作,就是依靠 LOCK
+ CMPXCHGL
来实现的,其他的语言也是一样的,需要依赖CPU提供这种底层
能力,才能够真正的做到 CAS。