Go语言数据结构如何做并发栈实现_Golang CAS无锁操作方案

秋宇酱_6171

秋宇酱_6171

2026-06-02

970人浏览

原创

sync.mutex栈不是lock-free,因其持有者panic或被抢占时其他goroutine会卡在lock()上;真lock-free必须用atomic.compareandswappointer配合uintptr打包指针与版本号防aba,且节点须堆分配、循环中每次重读状态。

go语言数据结构如何做并发栈实现_golang cas无锁操作方案

Go 里实现并发安全的栈,sync.Mutex 最简单但不算无锁;真要 Lock-Free,必须用 atomic.CompareAndSwapPointer 配合指针打包和版本号,否则大概率遇到 ABA、GC 提前回收或 panic。

为什么 sync.Mutex 栈不是 Lock-Free

Lock-Free 的定义不是“没写 lock”,而是“任意 goroutine 崩溃、被抢占或长期暂停,都不影响其他 goroutine 完成操作”。sync.Mutex 一旦持有者 panic 或调度延迟,其他 goroutine 就卡在 Lock() 上——这直接违反定义。它依赖操作系统互斥原语,带来上下文切换和阻塞,只是“并发安全”,不是“无锁”。

atomic.CompareAndSwapPointer 是唯一可用的指针级 CAS 入口

Go 不允许手写汇编 CAS,也不支持对结构体字段直接原子操作。sync/atomic 只提供有限函数,其中能操作任意堆对象地址的只有 CompareAndSwapPointer,且必须配对使用 unsafe.Pointer:

  • 节点必须堆分配:newNode := &node{...},不能是栈上局部变量取地址
  • 字段类型要干净:节点结构体里不能含 interface{}、map、slice 等需 GC 跟踪的字段,否则 GC 可能漏掉引用
  • 传参必须严格匹配:&s.head 是 *unsafe.Pointer,旧值和新值都得是 unsafe.Pointer,不能混用 *node
  • 失败后不能丢弃 newNode:它可能正被其他 goroutine 读取,CAS 失败也不代表它无效

必须防 ABA,Go 没有内置带版本的原子指针

单纯用 CompareAndSwapPointer 做栈顶替换,会掉进 ABA 陷阱:A 读到 top = X,B 弹出 X 又压入新节点 Y(地址复用为 X),A 再 CAS 成功,却误认为栈顶还是原来的 X。Go 没有 std::atomic<shared_ptr></shared_ptr> 那种带版本的封装,得自己打包:

Golang Naming
Golang Naming

Go(Golang)命名规范 — 包括包、构造函数、结构体、接口、常量、枚举、错误、布尔值、接收器、getter/setter、函数等。

下载
  • 用 uintptr 高位存指针、低位存版本号(如低 8 位)
  • 每次 CAS 前必须先 atomic.LoadUintptr 拆出当前指针和版本
  • 构造新值时版本号 +1,再用 atomic.CompareAndSwapUintptr 更新
  • 不能对 unsafe.Pointer 直接做位运算,必须转成 uintptr 后操作

示例节点结构:type lockFreeStack struct { head uintptr },其中 head 存的是 (uintptr)(unsafe.Pointer(node)) | version。

CAS 循环里最容易忽略的三件事

CAS 是乐观策略,失败就重试,但重试逻辑写错会导致静默错误或崩溃:

  • 每次循环开头必须重新 atomic.LoadPointer 或 atomic.LoadUintptr,不能缓存旧值跨轮次使用
  • Pop 时若读到空栈(nil 或版本不匹配),必须立即返回,不能继续解引用 next
  • 所有节点指针读写都必须走 atomic.LoadPointer/atomic.StorePointer,混用普通赋值会触发数据竞争,go run -race 会报
  • 别在循环里做接口转换、分配内存或调用函数——这些操作拉长临界区,放大竞争,拖慢整个栈

真正难的不是写对一次 CAS,而是让每个节点在逻辑上“删除”后,还能被其他 goroutine 安全访问一小段时间——Go 的 GC 机制让它比 C 更隐蔽,也更难调试。

golang免费学习笔记(深入):立即使用
在学习笔记中,你将探索golang的核心概念和高级技巧!

相关文章

PHP速学视频免费教程(入门到精通)
PHP速学视频免费教程(入门到精通)

PHP怎么学习?PHP怎么入门?PHP在哪学?PHP怎么学才快?不用担心,这里为大家提供了PHP速学教程(入门到精通),有需要的小伙伴保存下载就能学习啦!

下载

相关标签:

go语言 golang

本站声明:本文内容由网友自发贡献,版权归原作者所有,本站不承担相应法律责任。如您发现有涉嫌抄袭侵权的内容,请联系admin@php.cn

相关专题

更多
C语言变量命名
C语言变量命名

c语言变量名规则是:1、变量名以英文字母开头;2、变量名中的字母是区分大小写的;3、变量名不能是关键字;4、变量名中不能包含空格、标点符号和类型说明符。php中文网还提供c语言变量的相关下载、相关课程等内容,供大家免费下载使用。

2023.06.20

2849

3

c语言入门自学零基础
c语言入门自学零基础

C语言是当代人学习及生活中的必备基础知识,应用十分广泛,本专题为大家c语言入门自学零基础的相关文章,以及相关课程,感兴趣的朋友千万不要错过了。

2023.07.25

2188

9

c语言运算符的优先级顺序
c语言运算符的优先级顺序

c语言运算符的优先级顺序是括号运算符 > 一元运算符 > 算术运算符 > 移位运算符 > 关系运算符 > 位运算符 > 逻辑运算符 > 赋值运算符 > 逗号运算符。本专题为大家提供c语言运算符相关的各种文章、以及下载和课程。

2023.08.02

1160

5

c语言数据结构
c语言数据结构

数据结构是指将数据按照一定的方式组织和存储的方法。它是计算机科学中的重要概念,用来描述和解决实际问题中的数据组织和处理问题。数据结构可以分为线性结构和非线性结构。线性结构包括数组、链表、堆栈和队列等,而非线性结构包括树和图等。php中文网给大家带来了相关的教程以及文章,欢迎大家前来学习阅读。

2023.08.09

1098

4

c语言random函数用法
c语言random函数用法

c语言random函数用法:1、random.random,随机生成(0,1)之间的浮点数;2、random.randint,随机生成在范围之内的整数,两个参数分别表示上限和下限;3、random.randrange,在指定范围内,按指定基数递增的集合中获得一个随机数;4、random.choice,从序列中随机抽选一个数;5、random.shuffle,随机排序。

2023.09.05

1296

5

c语言const用法
c语言const用法

const是关键字,可以用于声明常量、函数参数中的const修饰符、const修饰函数返回值、const修饰指针。详细介绍:1、声明常量,const关键字可用于声明常量,常量的值在程序运行期间不可修改,常量可以是基本数据类型,如整数、浮点数、字符等,也可是自定义的数据类型;2、函数参数中的const修饰符,const关键字可用于函数的参数中,表示该参数在函数内部不可修改等等。

2023.09.20

2018

7

c语言get函数的用法
c语言get函数的用法

get函数是一个用于从输入流中获取字符的函数。可以从键盘、文件或其他输入设备中读取字符,并将其存储在指定的变量中。本文介绍了get函数的用法以及一些相关的注意事项。希望这篇文章能够帮助你更好地理解和使用get函数 。

2023.09.20

3160

8

c数组初始化的方法
c数组初始化的方法

c语言数组初始化的方法有直接赋值法、不完全初始化法、省略数组长度法和二维数组初始化法。详细介绍:1、直接赋值法,这种方法可以直接将数组的值进行初始化;2、不完全初始化法,。这种方法可以在一定程度上节省内存空间;3、省略数组长度法,这种方法可以让编译器自动计算数组的长度;4、二维数组初始化法等等。

2023.09.22

13975

6

c语言中null和NULL的区别
c语言中null和NULL的区别

c语言中null和NULL的区别是:null是C语言中的一个宏定义,通常用来表示一个空指针,可以用于初始化指针变量,或者在条件语句中判断指针是否为空;NULL是C语言中的一个预定义常量,通常用来表示一个空值,用于表示一个空的指针、空的指针数组或者空的结构体指针。

2023.09.22

529

3

热门下载

更多
网站特效
/
网站源码
/
网站素材
/
前端模板

精品课程

更多
相关推荐
/
热门推荐
/
最新课程