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JavaScript - 原子操作物件
JavaScript 中的 Atomics 物件提供了一組靜態方法,用於對 SharedArrayBuffer 物件執行原子操作。原子操作是保證以單個步驟完成的操作,不會被其他執行緒中斷。這使得它們對於實現併發資料結構和演算法非常有用。
JavaScript 中的 Atomics 物件作為 ECMAScript 標準的一部分,是用於在多執行緒環境中管理共享記憶體的關鍵工具。讓我們更詳細地瞭解原子操作的基本概念。
原子操作物件
Atomics 物件是 JavaScript 內建物件,它提供對共享記憶體的原子操作。它旨在用於多執行緒環境,在該環境中,多個執行緒或 Web Workers 可能同時訪問和修改共享資料。
“原子”的本質
在 Atomics 物件的上下文中,“原子”表示一個關鍵特徵:它執行本質上不可分割的操作。當我們宣告一個操作為原子操作時,我們意味著它的執行是連續且不間斷地作為一個單元發生的。此特性對於防止競爭條件至關重要;當併發操作的結果取決於它們的執行時間和順序時,就會出現競爭條件。
原子操作
原子操作是對共享記憶體的低階操作,保證以單個、不可中斷的單元執行。這些操作包括加法、減法、位運算、交換等等。
Atomics 物件提供了 add、sub、and、or、xor、load、store、exchange 等方法,每個方法對應一個特定的原子操作。
序號 | 方法及描述 |
---|---|
1 | Atomics.add() 將指定值新增到型別化陣列中指定索引處的元素。以原子方式返回原始值。 |
2 | Atomics.sub() 從型別化陣列中指定索引處的元素中減去指定值。以原子方式返回原始值。 |
3 | Atomics.and() 對型別化陣列中指定索引處的元素與給定值執行原子按位 AND 操作。以原子方式返回原始值。 |
4 | Atomics.or() 對型別化陣列中指定索引處的元素與給定值執行原子按位 OR 操作。以原子方式返回原始值。 |
5 | Atomics.xor() 對型別化陣列中指定索引處的元素與給定值執行原子按位 XOR 操作。以原子方式返回原始值。 |
6 | Atomics.load() 以原子方式檢索型別化陣列中指定索引處的值。 |
7 | Atomics.store() 以原子方式將給定值儲存到型別化陣列中指定索引處。 |
8 | Atomics.exchange() 將型別化陣列中指定索引處的值與指定值交換。以原子方式返回原始值。 |
9 | Atomics. compareExchange() 將型別化陣列中指定索引處的值與提供的預期值進行比較,如果匹配,則使用新值更新該值。以原子方式返回原始值。 |
10 | Atomics.wait() 以原子方式等待型別化陣列中指定索引處的值變為特定值,然後返回。允許執行緒之間有效協調。 |
11 | Atomics.notify() 以原子方式通知與型別化陣列中指定索引關聯的等待佇列。 |
示例
示例 1:原子操作的基本用法
在此示例中,演示了 Atomics 物件對共享記憶體的基本原子操作。這些操作包括加法、減法、按位 AND、OR、XOR、載入、儲存、交換和比較交換值。每個操作都確保執行單元的不可分割性,這對於在多執行緒環境中防止競爭條件至關重要。
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]}`);
輸出
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]}`);
輸出
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)}`);
輸出
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)}`);
輸出
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)}`);
輸出
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}`);
輸出
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]}`);
輸出
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: ${sharedArray[0]}`);
輸出
Atomics.exchange: Original value: 42, New value: 99
Atomics.compareExchange()
// Shared memory setup const sharedBuffer = new SharedArrayBuffer(4); const sharedArray = new Int32Array(sharedBuffer); // Atomics.compareExchange() const expectedValue = 99; const newValue = 55; const successfulCompareExchange = Atomics.compareExchange(sharedArray, 0, expectedValue, newValue); console.log(`Atomics.compareExchange: Operation was${successfulCompareExchange ? ' ' : ' not '}successful. New value: ${sharedArray[0]}`);
輸出
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}`);
輸出
Atomics.wait: Wait result: timed-out
示例 2:真實世界用例 - 同步計數器
在這個真實世界的場景中,我們使用 Atomics 物件構建了一個同步計數器;多個執行緒透過使用 Atomics.add() 操作遞增此計數器,從而保證更新過程的原子性。此類應用程式的功能和有效執行緒協調的必要性變得顯而易見:它在多執行緒環境中提供了實用的資料管理解決方案。
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);
輸出
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. ...