JavaScript - Atomics 对象 (原子对象)

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。原子操作是保证在单个步骤中完成的操作，不会被其他线程中断。这使得它们可用于实现并发数据结构和算法。

JavaScript 中的 Atomics 对象作为 ECMAScript 标准的一部分，是在多线程环境中管理共享内存的重要工具。让我们更详细地了解原子操作的基本概念：

Atomics 对象

Atomics 对象是一个内置的 JavaScript 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，其中多个线程或 Web Worker 可能同时访问和修改共享数据。

“Atomic” 的精髓

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 atomic 时;我们暗示它的执行会像单个单元一样连续且不间断地进行。这种品质对于防止竞争条件是必不可少的;当并发操作的结果取决于其执行时间和顺序时，就会出现这些变化。

Atomics 操作

Atomics 操作是对共享内存的低级操作，保证作为单个不可中断的单元执行。这些操作包括加法、减法、按位运算、交换等。

Atomics 对象提供 add、sub、and、or、xor、load、store、exchange 等方法，每个方法都对应于特定的原子操作。

例子

示例 1： Atomics 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。每个操作都确保了执行单元的不可分割性，这对于防止多线程环境中的争用条件至关重要。

Atomics.add（）

// 共享内存设置
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（）

// 共享内存设置
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.add（）

// 共享内存设置
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.or（）

// 共享内存设置
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.xor（）

// 共享内存设置
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.load()

// 共享内存设置
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.store（）

// 共享内存设置
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.exchange()

// 共享内存设置
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.compareExchange()

// 共享内存设置
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.wait()

// 共享内存设置
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

示例 2：实际用例 - 同步计数器

在这个实际场景中，我们使用 Atomics 对象来构造一个同步计数器;多个线程通过使用 Atomics.add（） 操作来增加此计数器，从而保证更新过程中的 Atomics 性。在这样的应用程序中，有效线程协调的功能和必要性变得显而易见：它在多线程环境中提供实用的数据管理解决方案。

const sharedBuffer = new SharedArrayBuffer(4);
const sharedArray = new Int32Array(sharedBuffer);

// 同步计数器
function incrementCounter() {
	 const incrementValue = 1;
	 const originalValue = Atomics.add(sharedArray, 0, incrementValue);
	 console.log(`Incremented counter by ${incrementValue}. New value: ${sharedArray[0]}`);
}

// 多个线程递增计数器
setInterval(() => {
	 incrementCounter();
}, 1000);

// 模拟主线程中的其他活动
setInterval(() => {
	 console.log('Main thread doing other work.');
}, 3000);

输出