1.nginx源码分析--master和worker进程模型
2.Go并发编程之原子操作sync/atomic
3.深入学习CAS底层原理
4.惊艳！分析阿里内部JDK源码剖析知识手册，源码r源由浅入深堪称完美
5.Go看源码必会知识之unsafe包
6.为什么会有 AtomicReference ？

nginx源码分析--master和worker进程模型

       一、码解Nginx整体架构

       正常执行中的分析nginx会有多个进程，其中最基本的源码r源是master process（主进程）和worker process（工作进程），还可能包括cache相关进程。码解耐特源码

       二、分析核心进程模型

       启动nginx的源码r源主进程将充当监控进程，主进程通过fork()产生的码解子进程则充当工作进程。

       Nginx也支持单进程模型，分析此时主进程即是源码r源工作进程，不包含监控进程。码解

       核心进程模型框图如下：

       master进程

       监控进程作为整个进程组与用户的分析交互接口，负责监护进程，源码r源不处理网络事件，码解不负责业务执行，仅通过管理worker进程实现重启服务、平滑升级、更换日志文件、配置文件实时生效等功能。

       master进程通过sigsuspend()函数调用大部分时间处于挂起状态，直到接收到信号。

       master进程通过检查7个标志位来决定ngx_master_process_cycle方法的运行：

       sig_atomic_t ngx_reap;

       sig_atomic_t ngx_terminate;

       sig_atomic_t ngx_quit;

       sig_atomic_t ngx_reconfigure;

       sig_atomic_t ngx_reopen;

       sig_atomic_t ngx_change_binary;

       sig_atomic_t ngx_noaccept;

       进程中接收到的信号对Nginx框架的意义：

       还有一个标志位：ngx_restart，仅在master工作流程中作为标志位使用，与信号无关。

       核心代码（ngx_process_cycle.c）：

       ngx_start_worker_processes函数：

       worker进程

       worker进程主要负责具体任务逻辑，主要关注与客户端或后端真实服务器之间的数据可读/可写等I/O交互事件，因此工作进程的阻塞点在select()、epoll_wait()等I/O多路复用函数调用处，等待数据可读/写事件。也可能被新收到的进程信号中断。

       master进程如何通知worker进程进行某些工作？采用的是信号。

       当收到信号时，信号处理函数ngx_signal_handler()会执行。

       对于worker进程的工作方法ngx_worker_process_cycle，它主要关注4个全局标志位：

       sig_atomic_t ngx_terminate;//强制关闭进程

       sig_atomic_t ngx_quit;//优雅地关闭进程（有唯一一段代码会设置它，就是接受到QUIT信号。ngx_quit只有在首次设置为1时，才会将ngx_exiting置为1）

       ngx_uint_t ngx_exiting;//退出进程标志位

       sig_atomic_t ngx_reopen;//重新打开所有文件

       其中ngx_terminate、ngx_quit、ngx_reopen都将由ngx_signal_handler根据接收到的信号来设置。ngx_exiting标志位仅由ngx_worker_cycle方法在退出时作为标志位使用。

       核心代码（ngx_process_cycle.c）：

Go并发编程之原子操作sync/atomic

       Go语言的并发编程中，sync/atomic包提供了底层的原子内存操作，用于处理并发环境中的数据同步和冲突避免。这个包利用了CPU的原子操作指令，确保在并发情况下，对变量的操作是线程安全的。然而，官方建议仅在必要且确实涉及底层操作时使用，如避免使用channel或sync包中的锁的场景。

       sync/atomic包的核心是5种基本数据类型的原子操作：add（只支持int、int、uint、uint和uintptr），以及一个扩展的Value类型，后者在1.4版本后支持Load、Store、CompareAndSwap和Swap方法，可用于操作任意类型的数据。Value类型尤其重要，因为它扩展了原子操作的适用范围。

       具体来说，swap操作（如SwapInt）用于原子地替换内存中的大富豪棋牌源码ios签名值，compare-and-swap(CAS)则检查并替换值，如果当前值与预期值一致。add操作（如AddInt）则进行加法操作并返回新值，而load、store操作分别用于读取和写入值，如LoadInt和StoreInt。

       在实际使用时，例如对map的并发读写，可以通过Value类型避免加锁。sync/atomic的相关源码和示例可在GitHub的教程[1]和作者的个人网站[2]中找到。至于进一步学习，可以关注公众号coding进阶获取更多资源，或者在知乎[3]上查找无忌的资料。

       

参考资料：

       [1] Go语言初级、中级和高级教程: github.com/jincheng9/go...

       [2] Jincheng's Blog: jincheng9.github.io/

       [3] 无忌: zhihu.com/people/thucuh...

深入学习CAS底层原理

       什么是CAS

       CAS是Compare-And-Swap的缩写，意思为比较并交换。以AtomicInteger为例，其提供了compareAndSet(intexpect,intupdate)方法，expect为期望值（被修改的值在主内存中的期望值），update为修改后的值。compareAndSet方法返回值类型为布尔类型，修改成功则返回true，修改失败返回false。

       举个compareAndSet方法的例子：

publicclassAtomticIntegerTest{ publicstaticvoidmain(String[]args){ AtomicIntegeratomicInteger=newAtomicInteger(0);booleanresult=atomicInteger.compareAndSet(0,1);System.out.println(result);System.out.println(atomicInteger.get());}}

       上面例子中，通过AtomicInteger(intinitialValue)构造方法指定了AtomicInteger类成员变量value的初始值为0：

publicclassAtomicIntegerextendsNumberimplementsjava.io.Serializable{ ......privatevolatileintvalue;/***CreatesanewAtomicIntegerwiththegiveninitialvalue.**@paraminitialValuetheinitialvalue*/publicAtomicInteger(intinitialValue){ value=initialValue;}......}

       接着执行compareAndSet方法，main线程从主内存中拷贝了value的副本到工作线程，值为0，并将这个值修改为1。如果此时主内存中value的值还是为0的话（言外之意就是没有被其他线程修改过），则将修改后的副本值刷回主内存更新value的值。所以上面的例子运行结果应该是true和1：

       将上面的例子修改为：

publicclassAtomticIntegerTest{ publicstaticvoidmain(String[]args){ AtomicIntegeratomicInteger=newAtomicInteger(0);booleanfirstResult=atomicInteger.compareAndSet(0,1);booleansecondResult=atomicInteger.compareAndSet(0,1);System.out.println(firstResult);System.out.println(secondResult);System.out.println(atomicInteger.get());}}

       上面例子中，main线程第二次调用compareAndSet方法的时候，value的值已经被修改为1了，不符合其expect的值，所以修改将失败。上面例子输出如下：

CAS底层原理

       查看compareAndSet方法源码：

/***Atomicallysetsthevalueto{ @codenewValue}*ifthecurrentvalue{ @code==expectedValue},*withmemoryeffectsasspecifiedby{ @linkVarHandle#compareAndSet}.**@paramexpectedValuetheexpectedvalue*@paramnewValuethenewvalue*@return{ @codetrue}ifsuccessful.Falsereturnindicatesthat*theactualvaluewasnotequaltotheexpectedvalue.*/publicfinalbooleancompareAndSet(intexpectedValue,intnewValue){ returnU.compareAndSetInt(this,VALUE,expectedValue,newValue);}

       该方法通过调用unsafe类的compareAndSwapInt方法实现相关功能。compareAndSwapInt方法包含四个参数：

       this，当前对象；

       valueOffset，value成员变量的内存偏移量（也就是内存地址）：

privatestaticfinallongvalueOffset;static{ try{ valueOffset=unsafe.objectFieldOffset(AtomicInteger.class.getDeclaredField("value"));}catch(Exceptionex){ thrownewError(ex);}}

       expect，期待值；

       update，更新值。

       所以这个方法的含义为：获取当前对象value成员变量在主内存中的值，和传入的期待值相比，如果相等则说明这个值没有被别的线程修改过，然后将其修改为更新值。

       那么unsafe又是什么？它的compareAndSwapInt方法是原子性的么？查看该方法的源码：

/***AtomicallyupdatesJavavariableto{ @codex}ifitiscurrently*holding{ @codeexpected}.**<p>Thisoperationhasmemorysemanticsofa{ @codevolatile}read*andwrite.CorrespondstoCatomic_compare_exchange_strong.**@return{ @codetrue}ifsuccessful*/@HotSpotIntrinsicCandidatepublicfinalnativebooleancompareAndSetInt(Objecto,longoffset,intexpected,intx);

       该方法并没有具体Java代码实现，方法通过native关键字修饰。由于Java方法无法直接访问底层系统，Unsafe类相当于一个后门，可以通过该类的方法直接操作特定内存的数据。Unsafe类存在于sun.msic包中，JVM会帮我们实现出相应的汇编指令。Unsafe类中的CAS方法是一条CPU并发原语，由若干条指令组成，用于完成某个功能的一个过程。原语的执行必须是连续的，在执行过程中不允许被中断，不会存在数据不一致的问题。

getAndIncrement方法剖析

       了解了CAS原理后，我们回头看下AtomicInteger的getAndIncrement方法源码：

/***Atomicallyincrementsthecurrentvalue,*withmemoryeffectsasspecifiedby{ @linkVarHandle#getAndAdd}.**<p>Equivalentto{ @codegetAndAdd(1)}.**@returnthepreviousvalue*/publicfinalintgetAndIncrement(){ returnU.getAndAddInt(this,VALUE,1);}

       该方法通过调用unsafe类的getAndAddInt方法实现相关功能。继续查看getAndAddInt方法的源码：

/***Atomicallyaddsthegivenvaluetothecurrentvalueofafield*orarrayelementwithinthegivenobject{ @codeo}*atthegiven{ @codeoffset}.**@paramoobject/arraytoupdatethefield/elementin*@paramoffsetfield/elementoffset*@paramdeltathevaluetoadd*@returnthepreviousvalue*@since1.8*/@HotSpotIntrinsicCandidatepublicfinalintgetAndAddInt(Objecto,longoffset,intdelta){ intv;do{ v=getIntVolatile(o,offset);}while(!weakCompareAndSetInt(o,offset,v,v+delta));returnv;}

       结合源码，我们便可以很直观地看出为什么AtomicInteger的getAndIncrement方法是线程安全的了：

       o是AtomicInteger对象本身；offset是AtomicInteger对象的成员变量value的内存地址；delta是需要变更的数量；v是通过unsafe的getIntVolatile方法获得AtomicInteger对象的成员变量value在主内存中的值。dowhile循环中的傲玩棋牌游戏程序源码逻辑为：用当前对象的值和var5比较，如果相同，说明该值没有被别的线程修改过，更新为v+delta，并返回true（CAS）；否则继续获取值并比较，直到更新完成。

CAS的缺点

       CAS并不是完美的，其存在以下这些缺点：

       如果刚好while里的CAS操作一直不成功，那么对CPU的开销大；

       只能确保一个共享变量的原子操作；

       存在ABA问题。

       CAS实现的一个重要前提是需要取出某一时刻的数据并在当下时刻比较交换，这之间的时间差会导致数据的变化。比如：thread1线程从主内存中取出了变量a的值为A，thread2页从主内存中取出了变量a的值为A。由于线程调度的不确定性，这时候thread1可能被短暂挂起了，thread2进行了一些操作将值修改为了B，然后又进行了一些操作将值修改回了A，这时候当thread1重新获取CPU时间片重新执行CAS操作时，会发现变量a在主内存中的值仍然是A，所以CAS操作成功。

解决ABA问题

       那么如何解决CAS的ABA问题呢？由上面的阐述课件，光通过判断值是否相等并不能确保在一定时间差内值没有变更过，所以我们需要一个额外的指标来辅助判断，类似于时间戳，版本号等。

       JUC为我们提供了一个AtomicStampedReference类，通过查看它的构造方法就可以看出，除了指定初始值外，还需指定一个版本号（戳）：

/***Createsanew{ @codeAtomicStampedReference}withthegiven*initialvalues.**@paraminitialReftheinitialreference*@paraminitialStamptheinitialstamp*/publicAtomicStampedReference(VinitialRef,intinitialStamp){ pair=Pair.of(initialRef,initialStamp);}

       我们就用这个类来解决ABA问题，首先模拟一个ABA问题场景：

publicclassAtomticIntegerTest{ publicstaticvoidmain(String[]args){ AtomicReference<String>atomicReference=newAtomicReference<>("A");newThread(()->{ //模拟一次ABA操作atomicReference.compareAndSet("A","B");atomicReference.compareAndSet("B","A");System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"线程完成了一次ABA操作");},"thread1").start();newThread(()->{ //让thread2先睡眠2秒钟，确保thread1的ABA操作完成try{ TimeUnit.SECONDS.sleep(2);}catch(InterruptedExceptione){ e.printStackTrace();}booleanresult=atomicReference.compareAndSet("A","B");if(result){ System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"线程修改值成功，当前值为："+atomicReference.get());}},"thread2").start();}}

       运行程序，输出如下：

       使用AtomicStampedReference解决ABA问题：

publicclassAtomicIntegerextendsNumberimplementsjava.io.Serializable{ ......privatevolatileintvalue;/***CreatesanewAtomicIntegerwiththegiveninitialvalue.**@paraminitialValuetheinitialvalue*/publicAtomicInteger(intinitialValue){ value=initialValue;}......}0

       程序输出如下：

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Go看源码必会知识之unsafe包

       前言

       有看源码的朋友应该会发现，Go标准库中大量使用了unsafe.pointer，要想更好的理解源码实现，就要知道unsafe.pointer到底是什么？所以今天就与大家来聊一聊unsafe包。

什么是unsafe

       众所周知，Go语言被设计成一门强类型的静态语言，那么他的类型就不能改变了，静态也是意味着类型检查在运行前就做了。所以在Go语言中是不允许两个指针类型进行转换的，使用过C语言的朋友应该知道这在C语言中是可以实现的，Go中不允许这么使用是处于安全考虑，毕竟强制转型会引起各种各样的麻烦，有时这些麻烦很容易被察觉，有时他们却又隐藏极深，难以察觉。大多数读者可能不明白为什么类型转换是不安全的，这里用C语言举一个简单的例子：

int main(){ double pi = 3.;double *pv = &pi;void *temp = pd;int *p = temp;}

       在标准C语言中，任何非void类型的指针都可以和void类型的指针相互指派，也可以通过void类型指针作为中介，实现不同类型的指针间接相互转换。上面示例中，指针pv指向的空间本是一个双精度数据，占8个字节，但是经过转换后，p指向的是一个4字节的int类型。这种发生内存截断的设计缺陷会在转换后进行内存访问是存在安全隐患。我想这就是Go语言被设计成强类型语言的原因之一吧。

       虽然类型转换是不安全的，但是在一些特殊场景下，使用了它，可以打破Go的类型和内存安全机制，可以绕过类型系统低效，提高运行效率。所以Go标准库中提供了一个unsafe包，之所以叫这个名字，就是不推荐大家使用，但是不是不能用，如果你掌握的特别好，还是可以实践的。

unsafe 实现原理

       在使用之前我们先来看一下unsafe的源码部分，标准库unsafe包中只提供了3``种方法，分别是:

func Sizeof(x ArbitraryType) uintptrfunc Offsetof(x ArbitraryType) uintptrfunc Alignof(x ArbitraryType) uintptr

       Sizeof(x ArbitrayType)方法主要作用是用返回类型x所占据的字节数，但并不包含x所指向的内容的大小，与C语言标准库中的Sizeof()方法功能一样，比如在位机器上，一个指针返回大小就是4字节。

       Offsetof(x ArbitraryType)方法主要作用是返回结构体成员在内存中的位置离结构体起始处(结构体的第一个字段的偏移量都是0)的字节数，即偏移量，我们在注释中看一看到其入参必须是一个结构体，其返回值是一个常量。

       Alignof(x ArbitratyType)的主要作用是返回一个类型的对齐值，也可以叫做对齐系数或者对齐倍数。对齐值是一个和内存对齐有关的值，合理的内存对齐可以提高内存读写的性能。一般对齐值是2^n，最大不会超过8(受内存对齐影响).获取对齐值还可以使用反射包的函数，也就是说：unsafe.Alignof(x)等价于reflect.TypeOf(x).Align()。对于任意类型的资金盘公排系统源码变量x，unsafe.Alignof(x)至少为1。对于struct结构体类型的变量x，计算x每一个字段f的unsafe.Alignof(x，f)，unsafe.Alignof(x)等于其中的最大值。对于array数组类型的变量x，unsafe.Alignof(x)等于构成数组的元素类型的对齐倍数。没有任何字段的空struct{ }和没有任何元素的array占据的内存空间大小为0，不同大小为0的变量可能指向同一块地址。

       细心的朋友会发发现这三个方法返回的都是uintptr类型，这个目的就是可以和unsafe.poniter类型相互转换，因为*T是不能计算偏移量的，也不能进行计算，但是uintptr是可以的，所以可以使用uintptr类型进行计算，这样就可以可以访问特定的内存了，达到对不同的内存读写的目的。三个方法的入参都是ArbitraryType类型，代表着任意类型的意思，同时还提供了一个Pointer指针类型，即像void *一样的通用型指针。

type ArbitraryType inttype Pointer *ArbitraryType// uintptr 是一个整数类型，它足够大，可以存储type uintptr uintptr

       上面说了这么多，可能会有点懵，在这里对三种指针类型做一个总结：

       *T：普通类型指针类型，用于传递对象地址，不能进行指针运算。

       unsafe.poniter：通用指针类型，用于转换不同类型的指针，不能进行指针运算，不能读取内存存储的值(需转换到某一类型的普通指针)

       uintptr：用于指针运算，GC不把uintptr当指针，uintptr无法持有对象。uintptr类型的目标会被回收。

       三者关系就是：unsafe.Pointer是桥梁，可以让任意类型的指针实现相互转换，也可以将任意类型的指针转换为uintptr进行指针运算，也就说uintptr是用来与unsafe.Pointer打配合，用于指针运算。画个图表示一下：

       基本原理就说到这里啦，接下来我们一起来看看如何使用~

unsafe.Pointer基本使用

       我们在上一篇分析atomic.Value源码时，看到atomic/value.go中定义了一个ifaceWords结构，其中typ和data字段类型就是unsafe.Poniter，这里使用unsafe.Poniter类型的原因是传入的值就是interface{ }类型，使用unsafe.Pointer强转成ifaceWords类型，这样可以把类型和值都保存了下来，方便后面的写入类型检查。截取部分代码如下：

// ifaceWords is interface{ } internal representation.type ifaceWords struct { typunsafe.Pointer data unsafe.Pointer}// Load returns the value set by the most recent Store.// It returns nil if there has been no call to Store for this Value.func (v *Value) Load() (x interface{ }) { vp := (*ifaceWords)(unsafe.Pointer(v))for { typ := LoadPointer(&vp.typ) // 读取已经存在值的类型/**..... 中间省略**/// First store completed. Check type and overwrite data.if typ != xp.typ { //当前类型与要存入的类型做对比 panic("sync/atomic: store of inconsistently typed value into Value")}}

       上面就是源码中使用unsafe.Pointer的一个例子，有一天当你准备读源码时，unsafe.pointer的使用到处可见。好啦，接下来我们写一个简单的例子，看看unsafe.Pointer是如何使用的。

func main(){ number := 5 pointer := &number fmt.Printf("number:addr:%p, value:%d\n",pointer,*pointer) floatNumber := (*float)(unsafe.Pointer(pointer)) *floatNumber = *floatNumber + 3 fmt.Printf("float:addr:%p, value:%f\n",floatNumber,*floatNumber)}

       运行结果：

number:addr:0xc, value:5float:addr:0xc, value:3.

       由运行可知使用unsafe.Pointer强制类型转换后指针指向的地址是没有改变，只是类型发生了改变。这个例子本身没什么意义，正常项目中也不会这样使用。

       总结一下基本使用：先把*T类型转换成unsafe.Pointer类型，然后在进行强制转换转成你需要的指针类型即可。

Sizeof、Alignof、Offsetof三个函数的基本使用

       先看一个例子：

type User struct { Name string Age uint Gender bool // 男:true 女：false 就是举个例子别吐槽我这么用。。。。}func func_example(){ // sizeof fmt.Println(unsafe.Sizeof(true)) fmt.Println(unsafe.Sizeof(int8(0))) fmt.Println(unsafe.Sizeof(int())) fmt.Println(unsafe.Sizeof(int())) fmt.Println(unsafe.Sizeof(int())) fmt.Println(unsafe.Sizeof("asong")) fmt.Println(unsafe.Sizeof([]int{ 1,3,4})) // Offsetof user := User{ Name: "Asong", Age: ,Gender: true} userNamePointer := unsafe.Pointer(&user) nNamePointer := (*string)(unsafe.Pointer(userNamePointer)) *nNamePointer = "Golang梦工厂" nAgePointer := (*uint)(unsafe.Pointer(uintptr(userNamePointer) + unsafe.Offsetof(user.Age))) *nAgePointer = nGender := (*bool)(unsafe.Pointer(uintptr(userNamePointer)+unsafe.Offsetof(user.Gender))) *nGender = false fmt.Printf("u.Name: %s, u.Age: %d,u.Gender: %v\n", user.Name, user.Age,user.Gender) // Alignof var b bool var i8 int8 var i int var i int var f float var s string var m map[string]string var p *int fmt.Println(unsafe.Alignof(b)) fmt.Println(unsafe.Alignof(i8)) fmt.Println(unsafe.Alignof(i)) fmt.Println(unsafe.Alignof(i)) fmt.Println(unsafe.Alignof(f)) fmt.Println(unsafe.Alignof(s)) fmt.Println(unsafe.Alignof(m)) fmt.Println(unsafe.Alignof(p))}

       为了省事，把三个函数的使用示例放到了一起，首先看sizeof方法，我们可以知道各个类型所占字节大小，这里重点说一下int类型，Go语言中的int类型的具体大小是跟机器的 CPU位数相关的。如果 CPU 是 位的，那么int就占4字节，如果 CPU是位的，那么 int 就占8 字节，这里我的电脑是位的，所以结果就是8字节。

       然后我们在看Offsetof函数，我想要修改结构体中成员变量，第一个成员变量是不需要进行偏移量计算的，直接取出指针后转换为unsafe.pointer，在强制给他转换成字符串类型的指针值即可。如果要修改其他成员变量，需要进行偏移量计算，才可以对其内存地址修改，所以Offsetof方法就可返回成员变量在结构体中的偏移量，也就是返回结构体初始位置到成员变量之间的字节数。看代码时大家应该要住uintptr的使用，不可以用一个临时变量存储uintptr类型，前面我们提到过用于指针运算，GC不把uintptr当指针，uintptr无法持有对象。uintptr类型的目标会被回收，所以你不知道他什么时候会被GC掉，那样接下来的内存操作会发生什么样的错误，咱也不知道。比如这样一个例子：

// 切记不要这样使用p1 := uintptr(userNamePointer)nAgePointer := (*uint)(unsafe.Pointer(p1 + unsafe.Offsetof(user.Age)))

       最后看一下Alignof函数，主要是获取变量的对齐值，除了int、uintptr这些依赖CPU位数的类型，基本类型的对齐值都是固定的，结构体中对齐值取他的成员对齐值的最大值，结构体的对齐涉及到内存对齐，我们在下面详细介绍。

经典应用：string与[]byte的相互转换

       实现string与byte的转换，正常情况下，我们可能会写出这样的标准转换：

// string to []bytestr1 := "Golang梦工厂"by := []byte(s1)// []byte to stringstr2 := string(by)

       使用这种方式进行转换都会涉及底层数值的拷贝，所以想要实现零拷贝，我们可以使用unsafe.Pointer来实现，通过强转换直接完成指针的指向，从而使string和[]byte指向同一个底层数据。在reflect包中有·string和slice对应的结构体，他们的分别是：

type StringHeader struct { Data uintptr Lenint}type SliceHeader struct { Data uintptr Lenint Capint}

       StringHeader代表的是string运行时的表现形式(SliceHeader同理)，通过对比string和slice运行时的表达可以看出，他们只有一个Cap字段不同，所以他们的内存布局是对齐的，所以可以通过unsafe.Pointer进行转换，因为可以写出如下代码：

func Sizeof(x ArbitraryType) uintptrfunc Offsetof(x ArbitraryType) uintptrfunc Alignof(x ArbitraryType) uintptr0

       上面的代码我们通过重新构造slice header和string header完成了类型转换，其实[]byte转换成string可以省略掉自己构造StringHeader的方式，直接使用强转就可以，因为string的底层也是[]byte，强转会自动构造，省略后的代码如下：

func Sizeof(x ArbitraryType) uintptrfunc Offsetof(x ArbitraryType) uintptrfunc Alignof(x ArbitraryType) uintptr1

       虽然这种方式更高效率，但是不推荐大家使用，前面也提高到了，这要是不安全的，使用当不当会出现极大的隐患，一些严重的情况recover也不能捕获。

内存对齐

       现在计算机中内存空间都是按照byte划分的，从理论上讲似乎对任何类型的变量的访问可以从任何地址开始，但是实际情况是在访问特定类型变量的时候经常在特定的内存地址访问，这就需要各种类型数据按照一定的规则在空间上排列，而不是顺序的一个接一个的排放，这就对齐。

       对齐的作用和原因：CPU访问内存时，并不是逐个字节访问，而是以字长（word size)单位访问。比如位的CPU，字长为4字节，那么CPU访问内存的单位也是4字节。这样设计可以减少CPU访问内存的次数，加大CPU访问内存的吞吐量。假设我们需要读取8个字节的数据，一次读取4个字节那么就只需读取2次就可以。内存对齐对实现变量的原子性操作也是有好处的，每次内存访问都是原子的，如果变量的大小不超过字长，那么内存对齐后，对该变量的访问就是原子的，这个特性在并发场景下至关重要。

       我们来看这样一个例子：

func Sizeof(x ArbitraryType) uintptrfunc Offsetof(x ArbitraryType) uintptrfunc Alignof(x ArbitraryType) uintptr2

       从结果可以看出，字段放置不同的顺序，占用内存也不一样，这就是因为内存对齐影响了struct的大小，所以有时候合理的字段可以减少内存的开销。下面我们就一起来分析一下内存对齐，首先要明白什么是内存对齐的规则，C语言的对齐规则与Go语言一样，所以C语言的对齐规则对Go同样适用：

       对于结构的各个成员，第一个成员位于偏移为0的位置，结构体第一个成员的偏移量（offset）为0，以后每个成员相对于结构体首地址的 offset 都是该成员大小与有效对齐值中较小那个的整数倍，如有需要编译器会在成员之间加上填充字节。

       除了结构成员需要对齐，结构本身也需要对齐，结构的长度必须是编译器默认的对齐长度和成员中最长类型中最小的数据大小的倍数对齐。

       好啦，知道规则了，我们现在来分析一下上面的例子，根据我的mac使用的位CPU,对齐参数是8来分析，int、[]int、string、bool对齐值分别是4、8、8、1，占用内存大小分别是4、、、1，我们先根据第一条对齐规则分析User1：

       第一个字段类型是int，对齐值是4，大小为4，所以放在内存布局中的第一位.

       第二个字段类型是[]int，对齐值是8，大小为，所以他的内存偏移值必须是8的倍数，所以在当前user1中，就不能从第4位开始了，必须从第5位开始，也就偏移量为8。第4,5,6,7位由编译器进行填充，一般为0值，也称之为空洞。第9位到第位为第二个字段B.

       第三个字段类型是string，对齐值是8，大小为，所以他的内存偏移值必须是8的倍数，因为user1前两个字段就已经排到了第位，所以下一位的偏移量正好是，正好是字段C的对齐值的倍数，不用填充，可以直接排列第三个字段，也就是从第位到位第三个字段C.

       第三个字段类型是bool，对齐值是1，大小为1，所以他的内存偏移值必须是1的倍数，因为user1前两个字段就已经排到了第位，所以下一位的偏移量正好是。正好是字段D的对齐值的倍数，不用填充，可以直接排列到第四个字段，也就是从到第位是第三个字段D.

       好了现在第一条内存对齐规则后，内存长度已经为字节，我们开始使用内存的第2条规则进行对齐。根据第二条规则，默认对齐值是8，字段中最大类型程度是，取最小的那一个，所以求出结构体的对齐值是8，我们目前的内存长度是，不是8的倍数，所以需要补齐，所以最终的结果就是，补了7位。

       说了这么多，画个图看一下吧：

       现在你们应该懂了吧，按照这个思路再去分析其他两个struct吧，这里就不再分析了。

       对于内存对齐这里还有一最后需要注意的知识点，空struct不占用任何存储空间，空 struct{ } 大小为 0，作为其他 struct 的字段时，一般不需要内存对齐。但是有一种情况除外：即当 struct{ } 作为结构体最后一个字段时，需要内存对齐。因为如果有指针指向该字段, 返回的地址将在结构体之外，如果此指针一直存活不释放对应的内存，就会有内存泄露的问题（该内存不因结构体释放而释放）。来看一个例子：

func Sizeof(x ArbitraryType) uintptrfunc Offsetof(x ArbitraryType) uintptrfunc Alignof(x ArbitraryType) uintptr3

       简单来说，对于任何占用0大小空间的类型，像struct { }或者[0]byte这些，如果该类型出现在结构体末尾，那么我们就假设它占用1个字节的大小。因此对于test1结构体，他看起来就是这样：`

func Sizeof(x ArbitraryType) uintptrfunc Offsetof(x ArbitraryType) uintptrfunc Alignof(x ArbitraryType) uintptr4

       因此在内存对齐时，最后结构体占用的字节就是8了。

       重点要注意的问题：不要在结构体定义的最后添加零大小的类型

总结

       好啦，终于又到文章的末尾了，我们来简单的总结一下，unsafe 包绕过了 Go 的类型系统，达到直接操作内存的目的，使用它有一定的风险性。但是在某些场景下，使用 unsafe 包提供的函数会提升代码的效率，Go 源码中也是大量使用 unsafe 包。

       unsafe 包定义了 Pointer 和三个函数：

type ArbitraryType inttype Pointer *ArbitraryTypefunc Sizeof(x ArbitraryType) uintptrfunc Offsetof(x ArbitraryType) uintptrfunc Alignof(x ArbitraryType) uintptr

       uintptr 可以和 unsafe.Pointer 进行相互转换，uintptr 可以进行数学运算。这样，通过 uintptr 和 unsafe.Pointer 的结合就解决了 Go 指针不能进行数学运算的限制。通过 unsafe 相关函数，可以获取结构体私有成员的地址，进而对其做进一步的读写操作，突破 Go 的类型安全限制。

       最后我们又学习了内存对齐的知识，这样设计可以减少CPU访问内存的次数，加大CPU访问内存的吞吐量，所以结构体中字段合理的排序可以更节省内存，注意：不要在结构体定义的最后添加零大小的类型。

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       好啦，这篇文章就到这里啦，素质三连（分享、点赞、在看）都是笔者持续创作更多优质内容的动力！

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为什么会有 AtomicReference ？

       原子性工具类AtomicReference是Java.util.concurrent.atomic包下的一个类，它能够确保在修改对象引用时的线程安全性。例如在处理账户问题时，多个线程可能同时向同一个账户存入款项，使用AtomicReference可以避免这种情况导致的数据不一致问题。

       在使用AtomicReference时，我们需要了解它的基本使用方法。首先声明一个全局变量BankCard，并使用volatile关键字对其进行修饰，以确保在对其引用进行变化后对其他线程可见。然后，我们可以通过AtomicReference来封装BankCard的引用，使用get()方法获得原子性的引用，接着使用CAS（Compare and Swap）乐观锁进行非阻塞更新。这样可以确保在修改引用时的线程安全性。

       AtomicReference源码解析中，我们发现它主要依赖于sun.misc.Unsafe类的native方法来保证操作的原子性。Unsafe的objectFieldOffset方法可以获取成员属性在内存中的地址相对于对象内存地址的偏移量，这个偏移量就是valueOffset，方便后续通过内存地址直接进行操作。value是AtomicReference的实际值，由于使用了volatile，这个值实际上就是内存值。

       AtomicReference与AtomicInteger非常相似，它们内部都使用了Unsafe、value、valueOffset等属性。get()和set()方法分别可以原子性地读取和设置AtomicReference中的数据。lazySet方法则在没有内存屏障的情况下读写变量，以减少开销。getAndSet方法则调用unsafe中的getAndSetObject方法，涉及getObjectVolatile和compareAndSwapObject方法，它们在do...while循环中，每次获取最新对象引用的值，如果使用CAS成功交换两个对象，则直接返回更新前的内存值，即旧值。

       AtomicReference的关键方法CAS（Compare and Swap）在compareAndSet方法中实现，与AtomicInteger不同的是，AtomicReference调用compareAndSwapObject方法。这段代码底层使用了Atomic:cmpxchg方法进行CAS交换，并将旧值进行decode返回。

       weakCompareAndSet方法在JDK1.8中与compareAndSet方法完全相同，但实际上这是JDK源码设计的巧妙之处，用于处理特定场景下的线程安全问题。

       在使用AtomicReference时，我们需要充分了解它的特性和源码实现，以确保在多线程环境下正确地管理和更新对象引用。本文主要介绍了AtomicReference的出现背景、使用场景以及源码分析，涵盖了网络上关于AtomicReference的大部分内容。

C++ atomic详解

       C++中的原子操作是为了确保在多核环境下，对共享数据的读写操作不会出现竞态条件，保证数据的一致性。理解原子操作的底层实现至关重要，但网上资源往往缺乏详细讲解编译器如何实现的细节。本文旨在填补这一空白，深入解析原子操作的技术和实现方法，主要参考了《深入理解 linux内核》和gcc源码。

       原子操作通常依赖于某些具有读-修改-写性质的汇编指令，如x平台上的xadd。这些指令确保操作以单个指令执行，避免其他CPU的干扰，从而创建了原子操作。然而，即使有了原子指令，创建临界区和优化内存访问仍需额外的内存屏障和优化屏障机制。

       gcc编译器内部实现了多种原子操作，例如__atomic_load_n和__atomic_fetch_op_N，这些操作在libatomic库中提供了一致的接口。在libatomic_i.h中定义了宏，如__atomic_load，根据需要链接到相应的c文件，如load_n文件。底层实现可能有多种，如基于内存屏障的__atomic_load提供了不同实现。

       在优化和内存屏障方面，编译器可能会重新排列指令以提高执行效率，但处理同步时必须保持指令的执行顺序，避免指令重排序导致的问题。内存屏障原语确保操作的顺序性，而优化屏障则防止编译器混淆操作前后的内容。

       总的来说，理解和掌握C++的原子操作及其底层实现，对于编写并发程序至关重要，尤其是在处理多核环境下的数据同步和一致性保障。