Go中的内存模型：顺序一致性（Sequential Consistency）与内存可见性

描述
顺序一致性是并发编程中的重要概念，它定义了多线程/协程环境下内存操作的可见性和顺序性保证。Go内存模型规定了在何种条件下，一个协程对共享变量的写操作对另一个协程可见，以及操作执行的顺序如何被观测。理解顺序一致性有助于避免数据竞争和实现正确的并发逻辑。

解题过程

1. 基础概念：什么是顺序一致性？

   • 顺序一致性模型要求：
     a. 所有协程的操作按程序顺序执行（即代码书写顺序）
     b. 所有协程的操作构成一个全局线性顺序，且每个读操作都能看到最近一次写入的值
   • 示例：若协程A先执行x=1，协程B后执行r=x，则B读到的x必须为1（假设无其他写操作）

2. Go中的顺序一致性保证

   • 默认情况：Go不保证顺序一致性！无同步操作的并发读写可能导致数据竞争（Data Race）。
   • 示例代码演示问题：

     var x, y int
     go func() { x = 1; y = 2 }()  // 协程1
     go func() { r1 := y; r2 := x }() // 协程2
     

     可能结果：r1=2, r2=0（因编译器和CPU可能重排x=1和y=2）

3. 实现顺序一致性的同步机制

   • Channel操作：

     • Channel的发送和接收操作保证happens-before关系（如无缓冲Channel的发送先于接收完成）
     • 修正示例：

       ch := make(chan bool)
       go func() { x = 1; y = 2; ch <- true }()
       go func() { <-ch; r1 := y; r2 := x }()
       

       此时r1和r2必为2和1，因Channel同步确保了操作顺序

   • sync包原语：

     • sync.Mutex：解锁操作先于后续加锁操作（通过内存屏障禁止重排）
     • sync.WaitGroup：Done()调用先于Wait()返回
     • 示例：

       var mu sync.Mutex
       go func() { mu.Lock(); x = 1; y = 2; mu.Unlock() }()
       go func() { mu.Lock(); r1 := y; r2 := x; mu.Unlock() }()
       

4. 编译器与CPU重排问题

   • 编译器可能为优化而重排指令（如将无关赋值调序）
   • CPU可能乱序执行内存操作（如写缓冲导致写操作延迟可见）
   • 同步原语通过插入内存屏障（Memory Barrier）禁止重排，确保可见性

5. 实际应用场景

   • 双重检查锁定（Double-Checked Locking）：

     var instance *T
     var once sync.Once
     func GetInstance() *T {
         once.Do(func() { instance = &T{} }) // 保证初始化对后续调用可见
         return instance
     }
     

   • 状态标志同步：使用atomic.Store/atomic.Load保证单个变量的原子可见性

总结
Go中顺序一致性需显式通过同步机制（Channel、Mutex、Atomic）实现。无同步的并发访问属于数据竞争，行为未定义。开发中应优先使用Channel或sync原语规范共享数据访问。