sync/atomic 与 CAS 是什么？何时用它而不是加锁？

结论先行

sync/atomic 提供无锁的原子原语（Add/Load/Store/Swap/CompareAndSwap），在硬件层保证单个变量的原子读改写与可见性；CAS（Compare And Swap）是“读-比-写”一步完成的核心原语，也是各种无锁结构的地基。取舍原则：只操作单一标量、没有复杂临界区时用 atomic；涉及多个变量的一致状态或长临界区，老实加锁。

要点

• 常用操作：AddT/LoadT/StoreT/SwapT/CompareAndSwapT 覆盖数值与指针；现代版本还有泛型封装 atomic.Int64、atomic.Pointer[T] 等。
• 语义强度：atomic 操作具有全局一致的顺序语义并参与 happens-before：Load 能看到此前所有 Store 的效果。
• CAS 语义：地址当前值等于 old 才写入 new，返回是否成功；失败说明被别人抢先，通常配合循环重试做乐观更新。
• 性能直觉：无锁无系统调用，低争用下远快于 Mutex；但多核高争用会让同一缓存行在各核间反复失效（缓存行乒乓），可能比锁还慢。
• 与锁的取舍：atomic 只保证“一个变量”的原子读改写；锁能保护任意多变量的临界区，并提供排队等待语义。
• 经典用途：计数器、开关标志、限流令牌、无锁栈与队列；无锁结构要额外处理 ABA 问题（用版本号或更复杂的方案）。
• 对齐要求：32 位平台上对 64 位变量的原子操作要求 8 字节对齐（放结构体首字段或单独分配），否则结果不可靠。

示例

var n atomic.Int64

n.Add(1) // 并发安全累加

for { // CAS 乐观更新：失败就重读重试
	cur := n.Load()
	if n.CompareAndSwap(cur, cur+1) {
		break
	}
}

常见追问/记忆点

• 追问：CAS 的 ABA 问题是什么？答：值从 A 变成 B 又变回 A，CAS 误判“从未被修改”；用版本号或戳记解决。
• 追问：什么时候 atomic 反而慢？答：多核高争用时缓存行持续失效，总线流量剧增，吞吐跌到锁之下。
• 追问：atomic 能替代锁吗？答：只对单变量可以；跨多变量的一致性约束必须用锁或精心设计。
• 记忆：单变量用 atomic、多变量状态机用锁；CAS 失败要循环重试。