java 并发包之 LongAdder 源码分析

男娘i 2023-07-15 05:56 30阅读 0赞

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LongAdder是java8中新增的原子类，在多线程环境中，它比AtomicLong性能要高出不少，特别是写多的场景。

它是怎么实现的呢？让我们一起来学习吧。

## 原理 ##

LongAdder的原理是，在最初无竞争时，只更新base的值，当有多线程竞争时通过分段的思想，让不同的线程更新不同的段，最后把这些段相加就得到了完整的LongAdder存储的值。

![format_png][]

## 源码分析 ##

LongAdder继承自Striped64抽象类，Striped64中定义了Cell内部类和各重要属性。

### 主要内部类 ###

### ![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTEzMTQ0NDI_size_16_color_FFFFFF_t_70][]Cell类使用@sun.misc.Contended注解，说明是要避免伪共享的。 ###

使用Unsafe的CAS更新value的值，其中value的值使用volatile修饰，保证可见性。

关于Unsafe的介绍请查看【[死磕 java魔法类之Unsafe解析][java_Unsafe]】。

关于伪共享的介绍请查看【[杂谈 什么是伪共享（false sharing）？][_false sharing]】。

### 主要属性 ###

![20200315172737958.png][]

最初无竞争或有其它线程在创建cells数组时使用base更新值，有过竞争时使用cells更新值。

最初无竞争是指一开始没有线程之间的竞争，但也有可能是多线程在操作，只是这些线程没有同时去更新base的值。

有过竞争是指只要出现过竞争不管后面有没有竞争都使用cells更新值，规则是不同的线程hash到不同的cell上去更新，减少竞争。

### add(x)方法 ###

add(x)方法是LongAdder的主要方法，使用它可以使LongAdder中存储的值增加x，x可为正可为负。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTEzMTQ0NDI_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]  
（1）最初无竞争时只更新base；

（2）直到更新base失败时，创建cells数组；

（3）当多个线程竞争同一个Cell比较激烈时，可能要扩容；

## sum()方法 ##

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTEzMTQ0NDI_size_16_color_FFFFFF_t_70 2][]

sum()方法

可以看到sum()方法是把base和所有段的值相加得到，那么，这里有一个问题，如果前面已经累加到sum上的Cell的value有修改，不是就没法计算到了么？

答案确实如此，所以LongAdder可以说不是强一致性的，它是最终一致性的。

## LongAdder VS AtomicLong ##

当只有一个线程的时候，AtomicLong反而性能更高，随着线程越来越多，AtomicLong的性能急剧下降，而LongAdder的性能影响很小。

## 总结 ##

（1）LongAdder通过base和cells数组来存储值；

（2）不同的线程会hash到不同的cell上去更新，减少了竞争；

（3）LongAdder的性能非常高，最终会达到一种无竞争的状态；

## 彩蛋 ##

在longAccumulate()方法中有个条件是 `n>=NCPU`就不会走到扩容逻辑了，而n是2的倍数，那是不是代表cells数组最大只能达到大于等于NCPU的最小2次方？

答案是明确的。因为同一个CPU核心同时只会运行一个线程，而更新失败了说明有两个不同的核心更新了同一个Cell，这时会重新设置更新失败的那个线程的probe值，这样下一次它所在的Cell很大概率会发生改变，如果运行的时间足够长，最终会出现同一个核心的所有线程都会hash到同一个Cell（大概率，但不一定全在一个Cell上）上去更新，所以，这里cells数组中长度并不需要太长，达到CPU核心数足够了。

比如，笔者的电脑是8核的，所以这里cells的数组最大只会到8，达到8就不会扩容了。

![format_png 1][]

[Link 1]: https://www.captainai.net/jiangyu1013/
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[java_Unsafe]: https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=Mzg2ODA0ODM0Nw==&mid=2247483866&idx=1&sn=941ef04260f8afea009761f108726211&scene=21#wechat_redirect
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