什么是原子性
從一個例子說起， x++ ，讀和寫 ，
如圖假設多線程，線程1和線程2同時操作變量x，進行x++的操作，那么由于寫的過程中，都會先讀一份x數據到cpu的寄存器中，所以這個時候cpu1 和 cpu2 拿到了相同的變量x，假設初始x值為1，則cpu1拿到的x為1，cpu2拿到的x為1，都操作并寫回給x后，x的值為2。
預期加兩次，結果為3，但是實際由于多線程同時操作同一個變量了 ，可能產生寫覆蓋。進一步看，這其中還要再提起一個詞，中斷。
中斷
多線程 - cpu中斷
多線程下，常見一個或者多個操作在 CPU 執行時候，中斷，切出再切回。
對于多線程來說，程序在運行一段代碼的時候，可能會中途切出，這種來回切出和切回，就出現了上面x++的情況。產生了寫覆蓋的問題。
那么不用多線程，只用單線程，是不是就不會存在中斷的問題，是不是就安全了，其實也不安全。因為線程下面還有協程（如python Coroutine），或如nodejs中 event loop，其雖然不會在cpu運算的時候切出，但是會在等待io的時候切出。
單線程 - io中斷
單線程下，一個或者多個IO操作執行的過程中，中斷，切出再切回。
一個單線程切出的例子，拿nodejs中event loop舉例，worker1 和 worker2分別產生event，去累加result，但是在累加的過程中會await sleep 模擬等待io，這會導致由于等待io而引起的中斷，切出。
非原子性示例
function sleep(ms: number) {return new Promise(resolve => setTimeout(resolve, ms));
}let result = 0;async function worker1() {let maxtime1 = 1;while(maxtime1 <= 100) {let name = 'worker1';// 執行100次)console.log(`${name} calculate current time ${maxtime1}`)// 開始工作let resultCopy = result;// 讓出await sleep(10);resultCopy += 1;result = resultCopy;maxtime1 += 1;}
}async function worker2() {let maxtime2 = 1;while(maxtime2 <= 100) {let name = 'worker2';// 執行100次console.log(`${name} calculate current time ${maxtime2}`)// 開始工作let resultCopy = result;// 讓出await sleep(10);resultCopy += 1;result = resultCopy;maxtime2 += 1;}
}(async () => {console.log('start calculate')const startTime = Date.now();Promise.all([worker1(), worker2()]).then(() => {const endTime = Date.now();// 預期是200 ，但是由于會寫覆蓋，所以最終小于200.console.log(`耗時: ${endTime - startTime}ms`);console.log('result:', result);}).catch((error) => {console.error('A worker failed with error:', error);});
})()運行結果，通過結果 ，甚至輸出結果直接就是100，因為worker1 和 worker2的并行執行，導致每次累加計算前，worker1 和 worker2 都拿到相同的值
那么如何避免這種情況，讓worker1的代碼片段執行完，再執行的worker2的代碼片段，不切出，達到原子性，一種方法就是加鎖，下面繼續看如何加鎖達到原子性，
原子性示例
通過加鎖，可以實現代碼片段的原子性 ，如下
import { Mutex } from 'async-mutex';
const mutex = new Mutex();function sleep(ms: number) {return new Promise(resolve => setTimeout(resolve, ms));
}let result = 0;async function worker1() {let maxtime1 = 1;// 執行100次while(maxtime1 <= 100) {let name = 'worker1';// 開始工作// 鎖住,const release = await mutex.acquire();console.log(`${name} calculate current time ${maxtime1}, before start calulate result: ${result}`)// rlet resultCopy = result;// 讓出cpu，這里即使讓出，其它worker由于無法獲取鎖，所以會一直等待await sleep(10);resultCopy += 1;// w result = resultCopy;console.log(`${name} calculate current time ${maxtime1}, after calulate result: ${result}`)release();maxtime1 += 1;}
}async function worker2() {let maxtime2 = 1;// 執行100次while(maxtime2 <= 100) {let name = 'worker2';// 開始工作// 鎖住,const release = await mutex.acquire();console.log(`${name} calculate current time ${maxtime2}, before start calulate result: ${result}`)// rlet resultCopy = result;// 讓出cpuawait sleep(10);resultCopy += 1;// w result = resultCopy;console.log(`${name} calculate current time ${maxtime2}, after calulate result: ${result}`)release();maxtime2 += 1;}
}(async () => {console.log('start calculate')const startTime = Date.now();Promise.all([worker1(), worker2()]).then(() => {const endTime = Date.now();// 預期是200 ，但是由于會寫覆蓋，所以最終小于200.console.log(`耗時: ${endTime - startTime}ms`);console.log('result:', result);}).catch((error) => {console.error('A worker failed with error:', error);});
})()此時，在看輸出結果，可以發現由于有鎖，worker1 和 worker2是串行累加的，不會在執行累加的過程中切出，所以最終累加的結果是200，符合預期。
同時可以發現，由于加鎖，整體串行，會導致整體運行時間增加。這里就不得不多提下，Event Loop 是一種異步編程模型，io切出本身屬于提高效率的設計，所以如果不是需要原子性，不是同時操作同一個變量，則沒必要加鎖降低效率。
結語
總結 ，對于編程中的原子性，如果說一段代碼是原子性的，則這段代碼無論是cpu 還是 io等待 都不能被切出。這段代碼需要完整的執行，這才是我們預期的一段代碼的原子性。
