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JavaScript - 原子操作对象
JavaScript 中的 Atomics 对象提供了一组静态方法,用于对 SharedArrayBuffer 对象执行原子操作。原子操作是保证以单个步骤完成的操作,不会被其他线程中断。这使得它们对于实现并发数据结构和算法非常有用。
JavaScript 中的 Atomics 对象作为 ECMAScript 标准的一部分,是用于在多线程环境中管理共享内存的关键工具。让我们更详细地了解原子操作的基本概念。
原子操作对象
Atomics 对象是 JavaScript 内置对象,它提供对共享内存的原子操作。它旨在用于多线程环境,在该环境中,多个线程或 Web Workers 可能同时访问和修改共享数据。
“原子”的本质
在 Atomics 对象的上下文中,“原子”表示一个关键特征:它执行本质上不可分割的操作。当我们声明一个操作为原子操作时,我们意味着它的执行是连续且不间断地作为一个单元发生的。此特性对于防止竞争条件至关重要;当并发操作的结果取决于它们的执行时间和顺序时,就会出现竞争条件。
原子操作
原子操作是对共享内存的低级操作,保证以单个、不可中断的单元执行。这些操作包括加法、减法、位运算、交换等等。
Atomics 对象提供了 add、sub、and、or、xor、load、store、exchange 等方法,每个方法对应一个特定的原子操作。
序号 | 方法及描述 |
---|---|
1 | Atomics.add() 将指定值添加到类型化数组中指定索引处的元素。以原子方式返回原始值。 |
2 | Atomics.sub() 从类型化数组中指定索引处的元素中减去指定值。以原子方式返回原始值。 |
3 | Atomics.and() 对类型化数组中指定索引处的元素与给定值执行原子按位 AND 操作。以原子方式返回原始值。 |
4 | Atomics.or() 对类型化数组中指定索引处的元素与给定值执行原子按位 OR 操作。以原子方式返回原始值。 |
5 | Atomics.xor() 对类型化数组中指定索引处的元素与给定值执行原子按位 XOR 操作。以原子方式返回原始值。 |
6 | Atomics.load() 以原子方式检索类型化数组中指定索引处的值。 |
7 | Atomics.store() 以原子方式将给定值存储到类型化数组中指定索引处。 |
8 | Atomics.exchange() 将类型化数组中指定索引处的值与指定值交换。以原子方式返回原始值。 |
9 | Atomics. compareExchange() 将类型化数组中指定索引处的值与提供的预期值进行比较,如果匹配,则使用新值更新该值。以原子方式返回原始值。 |
10 | Atomics.wait() 以原子方式等待类型化数组中指定索引处的值变为特定值,然后返回。允许线程之间有效协调。 |
11 | Atomics.notify() 以原子方式通知与类型化数组中指定索引关联的等待队列。 |
示例
示例 1:原子操作的基本用法
在此示例中,演示了 Atomics 对象对共享内存的基本原子操作。这些操作包括加法、减法、按位 AND、OR、XOR、加载、存储、交换和比较交换值。每个操作都确保执行单元的不可分割性,这对于在多线程环境中防止竞争条件至关重要。
Atomics.add()
// Shared memory setup const sharedBuffer = new SharedArrayBuffer(4); const sharedArray = new Int32Array(sharedBuffer); // Atomics.add() const originalAddValue = Atomics.add(sharedArray, 0, 10); console.log(`Atomics.add: Original value: ${originalAddValue}, New value: ${sharedArray[0]}`);
输出
Atomics.add: Original value: 0, New value: 10
Atomics.add()
// Shared memory setup const sharedBuffer = new SharedArrayBuffer(4); const sharedArray = new Int32Array(sharedBuffer); // Atomics.sub() const originalSubValue = Atomics.sub(sharedArray, 0, 5); console.log(`Atomics.sub: Original value: ${originalSubValue}, New value: ${sharedArray[0]}`);
输出
Atomics.sub: Original value: 10, New value: 5
Atomics.add()
// Shared memory setup const sharedBuffer = new SharedArrayBuffer(4); const sharedArray = new Int32Array(sharedBuffer); // Atomics.and() const originalAndValue = Atomics.and(sharedArray, 0, 0b1010); console.log(`Atomics.and: Original value: ${originalAndValue}, New value: ${sharedArray[0].toString(2)}`);
输出
Atomics.and: Original value: 5, New value: 0
Atomics.or()
// Shared memory setup const sharedBuffer = new SharedArrayBuffer(4); const sharedArray = new Int32Array(sharedBuffer); // Atomics.or() const originalOrValue = Atomics.or(sharedArray, 0, 0b1100); console.log(`Atomics.or: Original value: ${originalOrValue}, New value: ${sharedArray[0].toString(2)}`);
输出
Atomics.or: Original value: 0, New value: 1100
Atomics.xor()
// Shared memory setup const sharedBuffer = new SharedArrayBuffer(4); const sharedArray = new Int32Array(sharedBuffer); // Atomics.xor() const originalXorValue = Atomics.xor(sharedArray, 0, 0b0110); console.log(`Atomics.xor: Original value: ${originalXorValue}, New value: ${sharedArray[0].toString(2)}`);
输出
Atomics.xor: Original value: 12, New value: 1010
Atomics.load()
// Shared memory setup const sharedBuffer = new SharedArrayBuffer(4); const sharedArray = new Int32Array(sharedBuffer); // Atomics.load() const loadedValue = Atomics.load(sharedArray, 0); console.log(`Atomics.load: Loaded value: ${loadedValue}`);
输出
Atomics.load: Loaded value: 10
Atomics.store()
// Shared memory setup const sharedBuffer = new SharedArrayBuffer(4); const sharedArray = new Int32Array(sharedBuffer); // Atomics.store() Atomics.store(sharedArray, 0, 42); console.log(`Atomics.store: New value: ${sharedArray[0]}`);
输出
Atomics.store: New value: 42
Atomics.exchange()
// Shared memory setup const sharedBuffer = new SharedArrayBuffer(4); const sharedArray = new Int32Array(sharedBuffer); // Atomics.exchange() const originalExchangeValue = Atomics.exchange(sharedArray, 0, 99); console.log(`Atomics.exchange: Original value: ${originalExchangeValue}, New value: ${sharedArray[0]}`);
输出
Atomics.exchange: Original value: 42, New value: 99
Atomics.compareExchange()
// Shared memory setup const sharedBuffer = new SharedArrayBuffer(4); const sharedArray = new Int32Array(sharedBuffer); // Atomics.compareExchange() const expectedValue = 99; const newValue = 55; const successfulCompareExchange = Atomics.compareExchange(sharedArray, 0, expectedValue, newValue); console.log(`Atomics.compareExchange: Operation was${successfulCompareExchange ? ' ' : ' not '}successful. New value: ${sharedArray[0]}`);
输出
Atomics.compareExchange: Operation was successful. New value: 55
Atomics.wait()
// Shared memory setup const sharedBuffer = new SharedArrayBuffer(4); const sharedArray = new Int32Array(sharedBuffer); // Atomics.wait() const valueToWaitFor = 55; Atomics.store(sharedArray, 0, valueToWaitFor); setTimeout(() => { Atomics.notify(sharedArray, 0); }, 2000); const waitResult = Atomics.wait(sharedArray, 0, valueToWaitFor, 5000); console.log(`Atomics.wait: Wait result: ${waitResult}`);
输出
Atomics.wait: Wait result: timed-out
示例 2:真实世界用例 - 同步计数器
在这个真实世界的场景中,我们使用 Atomics 对象构建了一个同步计数器;多个线程通过使用 Atomics.add() 操作递增此计数器,从而保证更新过程的原子性。此类应用程序的功能和有效线程协调的必要性变得显而易见:它在多线程环境中提供了实用的数据管理解决方案。
const sharedBuffer = new SharedArrayBuffer(4); const sharedArray = new Int32Array(sharedBuffer); // Synchronized counter function incrementCounter() { const incrementValue = 1; const originalValue = Atomics.add(sharedArray, 0, incrementValue); console.log(`Incremented counter by ${incrementValue}. New value: ${sharedArray[0]}`); } // Multiple threads incrementing the counter setInterval(() => { incrementCounter(); }, 1000); // Simulate other activities in the main thread setInterval(() => { console.log('Main thread doing other work.'); }, 3000);
输出
Incremented counter by 1. New value: 1 Incremented counter by 1. New value: 2 Main thread doing other work. Incremented counter by 1. New value: 3 Incremented counter by 1. New value: 4 Incremented counter by 1. New value: 5 Main thread doing other work. Incremented counter by 1. New value: 6 Incremented counter by 1. New value: 7 Incremented counter by 1. New value: 8 Main thread doing other work. ...