java 併發包之 LongAdder 源碼分析

簡介

LongAdder是java8中新增的原子類，在多線程環境中，它比AtomicLong性能要高出不少，特別是寫多的場景。

它是怎麼實現的呢？讓我們一起來學習吧。

原理

LongAdder的原理是，在最初無競爭時，只更新base的值，當有多線程競爭時通過分段的思想，讓不同的線程更新不同的段，最後把這些段相加就得到了完整的LongAdder存儲的值。

源碼分析

LongAdder繼承自Striped64抽象類，Striped64中定義了Cell內部類和各重要屬性。

主要內部類

Cell類使用@sun.misc.Contended註解，說明是要避免僞共享的。

使用Unsafe的CAS更新value的值，其中value的值使用volatile修飾，保證可見性。

關於Unsafe的介紹請查看【死磕 java魔法類之Unsafe解析】。

關於僞共享的介紹請查看【雜談 什麼是僞共享（false sharing）？】。

主要屬性

最初無競爭或有其它線程在創建cells數組時使用base更新值，有過競爭時使用cells更新值。

最初無競爭是指一開始沒有線程之間的競爭，但也有可能是多線程在操作，只是這些線程沒有同時去更新base的值。

有過競爭是指只要出現過競爭不管後面有沒有競爭都使用cells更新值，規則是不同的線程hash到不同的cell上去更新，減少競爭。

add(x)方法

add(x)方法是LongAdder的主要方法，使用它可以使LongAdder中存儲的值增加x，x可爲正可爲負。

（1）最初無競爭時只更新base；

（2）直到更新base失敗時，創建cells數組；

（3）當多個線程競爭同一個Cell比較激烈時，可能要擴容；

sum()方法

sum()方法

可以看到sum()方法是把base和所有段的值相加得到，那麼，這裏有一個問題，如果前面已經累加到sum上的Cell的value有修改，不是就沒法計算到了麼？

答案確實如此，所以LongAdder可以說不是強一致性的，它是最終一致性的。

LongAdder VS AtomicLong

當只有一個線程的時候，AtomicLong反而性能更高，隨着線程越來越多，AtomicLong的性能急劇下降，而LongAdder的性能影響很小。

總結

（1）LongAdder通過base和cells數組來存儲值；

（2）不同的線程會hash到不同的cell上去更新，減少了競爭；

（3）LongAdder的性能非常高，最終會達到一種無競爭的狀態；

彩蛋

在longAccumulate()方法中有個條件是 n>=NCPU就不會走到擴容邏輯了，而n是2的倍數，那是不是代表cells數組最大隻能達到大於等於NCPU的最小2次方？

答案是明確的。因爲同一個CPU核心同時只會運行一個線程，而更新失敗了說明有兩個不同的核心更新了同一個Cell，這時會重新設置更新失敗的那個線程的probe值，這樣下一次它所在的Cell很大概率會發生改變，如果運行的時間足夠長，最終會出現同一個核心的所有線程都會hash到同一個Cell（大概率，但不一定全在一個Cell上）上去更新，所以，這裏cells數組中長度並不需要太長，達到CPU核心數足夠了。

比如，筆者的電腦是8核的，所以這裏cells的數組最大只會到8，達到8就不會擴容了。