文章目录

1. AtomicLong类
- - (1). 递增和递减操作
  - (2). boolean compareAndSet(long expect,long update)方法
1. LongAdder类
- 2.1 介绍
- 2.2 LongAdder代码分析
- - (1). LongAdder的结构
  - (2). 线程应访问数组中的哪个Cell元素？
  - (3). 初始化Cell数组
  - (4). 何时进行Cell数组的扩容
  - (5). 分配的Cell的冲突处理
  - (6). 保证被分配的Cell的原子性
1. LongAccumulator类原理探究

JUC包(java.util.concurrent)提供了一系列原子性操作类,这些类都是使用非阻塞算法CAS实现的,相比使用锁实现原子性操作在性能上有很大提高.

1. AtomicLong类

JUC并发包包含有AtomicInteger,AtomicLong,AtomicBoolean等原子性操作类,原理都是CAS算法.

以下都是以AtomicLong类为例

(1). 递增和递减操作

// 自增,然后获取值
public final long incrementAndGet() {
    return unsafe.getAndAddLong(this, valueOffset, 1L) + 1L;
}
// 自减,然后获取值
public final long decrementAndGet() {
    return unsafe.getAndAddLong(this, valueOffset, -1L) - 1L;
}
// 先获取值,然后自增
public final long getAndIncrement() {
        return unsafe.getAndAddLong(this, valueOffset, 1L);
    }
// 先获取值,然后自减
public final long getAndDecrement() {
    return unsafe.getAndAddLong(this, valueOffset, -1L);
}

这些方法内部都是通过Unsafe的getAndAddLong方法来实现操作,原操作返回的都是修改之前的值.

(2). boolean compareAndSet(long expect,long update)方法

功能：如果当前值==except，则更新值为update，返回true,否则返回false

直接调用了unsafe.compareAndSwapLong()方法.

如果变量的值等于expect,替换为update并返回true,否则返回flase.

2. LongAdder类

2.1 介绍

使用AtomicLong时,高并发情况下,由于CAS操作的缺陷,会导致大量线程同时竞争更新一个原子变量,会有大量线程竞争失败后无限循环进行自旋尝试
在这里插入图片描述

LongAdder类中将一个变量分解为多个变量,让每个线程都可以有线程可以操作,解决了性能问题.

在这里插入图片描述

在LongAdder类中,内部维护了多个Cell变量和一个base值.每一个Cell里都有一个初始值为0的long型变量,多个线程竞争同一个Cell原子变量使如果失败了,不会一直自旋式的重试,而是试图在其他Cell上进行CAS尝试.

Cell占用的内存相对较大,在使用时才会创建,也就是惰性加载.

一开始所有的累加操作都是对base变量进行的,当并发大了之后,初始化Cell数组,并保存Cell数量为2^n(初次为2)

原子性数组的内存是连续的,所以要使用@sun.misc.Contended注解对Cell类记性字节填充，防止了多个数组中多个元素共享一个缓存行

2.2 LongAdder代码分析

(1). LongAdder的结构

在这里插入图片描述

LongAdder类继承自Striped64类,其内部维护着三个变量:base,cells[]和cellsBusy.前两个变量用来记性计数,第三个变量用来实现自旋锁,只有0和1两个值.

Cell的构造很简单,内部维护一个被声明为volatile的变量(保证可见性),通过CAS操作进行更新(保证原子性)

1). long sum()

返回当前的计数和.返回的是调用时的快照,多线程情况下是可能对其改变的.所以LongAdder并不能完全代替LongAtomic.

2). void reset()

重置操作,将base置为零,如果Cell数组有元素,全部重置为0.

3). long sumThenReset

sum的改造版本,返回计数和,并重置.

多线程下会有问题,一个线程将值置为0,那么其他线程就是在0上面进行计数了.

4). long longValue()

等价于sum

5). void add(long x)

如果Cell数组为空,则在base上进行计数,如果Cell不为空或者CAS操作失败了,获取当前线程应该访问的cells数组中的Cell元素(使用 getProbe()&(cells.length-1) 计算其下标).如果cells的元素个数小于当前机器CPU的个数,并且当前出现了CAS错误,就会进行cells数组的扩容.