[Go] Concurrency: Atomic

Go도 여타 언어들과 마찬가지로 Atomic 타입들을 동기화 수단으로서 제공한다.
내장 모듈 "sync/atomic"에 관련 기능들이 들어있다.

Go의 Atomic

일단 들어가기에 앞서서, Go는 Atomic을 직접 핸들링하는걸 권장하지 않는 입장을 취하고 있다.
가급적 채널이나 Mutex 같은 수단으로 해결하라는 것이다.

Go는 atomic 최적화에 중요한 memory ordering 개념을 제공하지 않는다. C/C++, Rust 같이 low-level 제어를 지향하는 언어들과 다르다.
그래서 Go의 atomic은 가장 느린 ordering인 SeqCst 단위로만 동작한다. 부작용 없이 안전한 대신 느린 것이다. 이런게 맘에 안든다면 Rust를 쓰면 된다.

관련 포스트
https://blog.naver.com/sssang97/223356930725

기본 사용법

Atomic wrapper 타입으로는 총 6개의 타입을 제공한다.

Pointer만 제너릭이다.

혹은 그냥 전역함수를 사용할 수도 있다. 취향에 따라서 고르면 되는데, 나는 Wrapper 타입을 권장한다.

기본적인 사용 형태는 Load로 값을 가져오고 Store로 값을 저장하는 것이다.

이 2가지 연산은 thread safe하게 동작한다. data race가 없다는 것이 보장된다.

예를 들어 다음과 같이 race가 발생할 수 있는 코드가 있다면

다음과 같이 atomic을 적용해서 개선할 수 있다.

race 없이 잘 동작했다.

Compare And Swap

Compare And Swap은 조건에 기반한 atomic mutation을 제공하는 기능이다.
약간 낙관적인 lock 같은걸 효율적으로 구현하기에 용이하다.

관련 포스트 참조
https://blog.naver.com/sssang97/222721792446

사용법은 대충 이렇다.

첫번째 파라미터에는 기존 값 old을, 두번째 파라미터에는 새 값 new를 넣는다.

동작 방식은 이렇다.

1. 현재 저장된 값이 기존 old와 같다면 저장된 값을 new로 교체한다. 이 경우 true를 리턴한다.
2. old와 같지 않다면 아무것도 하지 않고 false를 리턴한다.

이 작업은 항상 원자적으로 수행된다.

Cash buffer로 인한 순서 꼬임 문제

go의 모든 atomic 연산은 SeqCst라서 어지간한 연산 순서는 보장된다.
근데 그게 모든 상황에서 보장되는건 아니다.

예를 들어 다음과 같은 상황에서는

논리적으로 보면 number1을 10으로 수정한 뒤에 number2를 20으로 수정하기 때문에, 전자가 0이면서 후자가 20인 상황이 연출될 수가 없다.

하지만 실제로는 발생이 가능하다.

각 스레드 영역 내에서의 쓰기 동작은 순차성을 보장하지만, 스레드 간 캐시 전파에 있어서는 순서가 보장되지 않기 때문이다. 이건 모든 언어가 다 그렇다.
이런게 문제가 될 수 있다면 그냥 채널이나 mutex 같은 비관적 락을 걸어야 한다.

참조
https://pkg.go.dev/sync/atomic
https://stackoverflow.com/questions/28924132/go-atomic-and-memory-order
https://go101.org/article/concurrent-atomic-operation.html