前言
大家好啊，我是皮皮虾~，今天带大家了解一下LongAdder
既生AtomicXXX，何生LongAdder？
LongAdder是JDK1.8在java.util.concurrent.atomic包下新引入的 为了高并发下实现高性能统计的类。
不是有AtomicInteger 和 AtomicLong嘛，咋还蹦出来个LongAdder???
首先，我们要知道的是，无论是AtomicInteger还是AtomicLong，本质上都是利用CAS的思想，来保证的变量的原子性，虽然说比较好用，但是在高并发环境下，多个线程争夺同一个资源时，如果自旋一直不成功，会一直循环，一直占用CPU，这会极大的浪费CPU资源。
public final int getAndAddInt(Object var1, long var2, int var4) {
int var5;
do {
var5 = this.getIntVolatile(var1, var2);
} while(!this.compareAndSwapInt(var1, var2, var5, var5 + var4));
return var5;
}
所以，LongAdder应运而生，其类似于分治的思想，将这种并发竞争给分散开来，分而治之，从而达到减少竞争，降低冲突的目的。
LongAdder原理解析
LongAdder内部维护一个 volatile变量base和一个Cell类型的数组，每个Cell类内部也会维护一个volatile字段。
在没有竞争的前提下，跟AtomicXXX一样，通过CAS base这个变量来完成数据的更新。
一旦发生冲突，即CAS失败后，将会启用Cell数组，通过将当前线程的hash值与Cell数组长度取模，获取到其对应的Cell类，再对此Cell类的内部变量进行CAS，从而达到数据的更新和减少竞争的目的。
图示如下：
add
源码解读
public void add(long x) {
Cell[] as; long b, v; int m; Cell a;
if ((as = cells) != null || !casBase(b = base, b + x)) {
boolean uncontended = true;
if (as == null || (m = as.length - 1) < 0 ||
(a = as[getProbe() & m]) == null ||
!(uncontended = a.cas(v = a.value, v + x)))
longAccumulate(x, null, uncontended);
}
}
final boolean casBase(long cmp, long val) {
// CAS更新base值
return UNSAFE.compareAndSwapLong(this, BASE, cmp, val);
}
通过对上面源码的解读，我们可以了解到
- 在没有冲突的情况下，也就是
casBase一直成功的时候，会直接返回 - 一旦CAS失败返回false，会去使用
Cell数组 - 在
if语句中我们可以看到一个小的优化点，就是如果在Cell数组合法及计算出当前线程对应得Cell不为null的情况下，会再次去尝试一次CAS，如果能成功的话就不去调用longAccumulate方法了
longAccumulate
进入时机：
- 第一次发生竞争时，
Cell数组为null的情况下 - 之后发生竞争时，当前线程CAS对应
Cell类失败的情况下
源码解读
/**
* 扩容和初始化Cell数组时，通过CAS实现的一个自旋锁
*/
transient volatile int cellsBusy;
/**
* Cell数组最大长度，为核数
*/
static final int NCPU = Runtime.getRuntime().availableProcessors();
final boolean casCellsBusy() {
// 获取锁，将cellsBusy置为1
return UNSAFE.compareAndSwapInt(this, CELLSBUSY, 0, 1);
}
final void longAccumulate(long x, LongBinaryOperator fn,
boolean wasUncontended) {
int h;
// 对当前线程的hash值做一次校验，如果hash值没有被初始化，则强制初始化一下
// 线程hash默认是0，也就是说当前线程是第一次进入该方法
if ((h = getProbe()) == 0) {
ThreadLocalRandom.current(); // force initialization
h = getProbe();
// 当前线程第一次进入该方法，表示当前线程还未参与竞争，参与竞争的线程hash都不为0
wasUncontended = true;
}
boolean collide = false; // True if last slot nonempty
for (;;) {
Cell[] as; Cell a; int n; long v;
// Cell数组已经初始化过
if ((as = cells) != null && (n = as.length) > 0) {
// 当前线程对应的Cell还未初始化
if ((a = as[(n - 1) & h]) == null) {
// 获取锁
if (cellsBusy == 0) {
// 创建一个新的Cell
Cell r = new Cell(x);
if (cellsBusy == 0 && casCellsBusy()) {
boolean created = false;
try {
Cell[] rs; int m, j;
// 再次校验当前线程对应的Cell是否为null
if ((rs = cells) != null &&
(m = rs.length) > 0 &&
rs[j = (m - 1) & h] == null) {
rs[j] = r;
created = true;
}
} finally {
// 释放锁，重新置为0
cellsBusy = 0;
}
// 创建成功，跳出循环
if (created)
break;
continue; // Slot is now non-empty
}
}
// 获取锁失败，说明发生冲突，将collide置为false
collide = false;
}
else if (!wasUncontended)
// 调用add方法时，在if里面的cas操作失败了
// 已经知道cas会失败，下面会为当前线程重新计算hash值
wasUncontended = true;
else if (a.cas(v = a.value, ((fn == null) ? v + x :
fn.applyAsLong(v, x))))
// 当前线程对应的Cell不为null，CAS成功，直接返回
break;
else if (n >= NCPU || cells != as)
// 如果Cell数组长度已经到达了最大值，或者当前Cell数组已经扩容过了，则需要重试
collide = false;
else if (!collide)
// 需要重试
collide = true;
else if (cellsBusy == 0 && casCellsBusy()) {
try {
// 检查是否已经扩容
if (cells == as) {
// Cell数组扩容，每次扩容为原来的2倍
Cell[] rs = new Cell[n << 1];
for (int i = 0; i < n; ++i)
rs[i] = as[i];
cells = rs;
}
} finally {
cellsBusy = 0;
}
collide = false;
continue; // Retry with expanded table
}
//为当前线程重新计算hash值
h = advanceProbe(h);
}
else if (cellsBusy == 0 && cells == as && casCellsBusy()) {
// 第一次竞争，Cell数组还未初始化，需要进行初始化
boolean init = false;
try { // Initialize table
if (cells == as) {
// 默认容量为2
Cell[] rs = new Cell[2];
rs[h & 1] = new Cell(x);
cells = rs;
init = true;
}
} finally {
cellsBusy = 0;
}
// 初始化成功，跳出循环
if (init)
break;
}
else if (casBase(v = base, ((fn == null) ? v + x :
fn.applyAsLong(v, x))))
// 兜底策略，再次尝试使用cas base
break;
}
}
sum
通过以上的源码了解，相信各位小伙伴已经知道了
LongAdder获取当前value值的方式，就是通过遍历Cell数组，累加其中的value值，最后再加上base值，就是当前的value值了。源码如下：
public long sum() {
Cell[] as = cells; Cell a;
long sum = base;
if (as != null) {
for (int i = 0; i < as.length; ++i) {
if ((a = as[i]) != null)
sum += a.value;
}
}
return sum;
}
但是，这样获取的value值可能是不准确的，因为再遍历Cell数组的过程中，可能有别的线程将已经遍历过的Cell又进行数据更新，这样一来，当前线程获取的value值就是不准确的了。
LongAdder流程分析
案例分析
base基础值是：10，Cell数组已经初始化过
此时有三个线程并发来进行自增操作
线程1 CAS成功，也代表着线程2，线程3 CAS失败，此时，base = 11
线程2，线程3，通过hash值计算得到不同的Cell数组下标，分别对当前Cell类内部value值CAS自增
最终统计sum时，遍历Cell数组，累加得到2，再加上base=11，则sum = 13
扩展性知识
LongAccumulator
LongAdder，只能对value进行加减操作，可能在一些特殊场景下下无法满足我们的需求，这时候就有了LongAccumulator
LongAccumulator原理本质上跟LongAdder一致，只是提供了自定义修改value的方式。
public class LongAdderTest {
public static void main(String[] args) {
LongAccumulator accumulator = new LongAccumulator((x, y) -> x * y, 10);
accumulator.accumulate(2);
System.out.println(accumulator.longValue());
}
}
原理也很简单，传入一个自定义计算的表达式，在CAS更新的时候，将计算好的值作为要更新的值就ok啦
当然啦，因为LongAccumulator计算当前值跟LongAdder原理一致，所以不太精准。
但是没关系，AtomicInteger也有类似的方法
public class LongAdderTest {
public static void main(String[] args) {
AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(1);
atomicInteger.getAndUpdate(x -> x * 3);
System.out.println(atomicInteger.get());
}
}
Cell类使用Contended注解来消除伪共享
有关伪共享的知识，大家可以去了解一下。
@sun.misc.Contended static final class Cell {
volatile long value;
Cell(long x) { value = x; }
final boolean cas(long cmp, long val) {
return UNSAFE.compareAndSwapLong(this, valueOffset, cmp, val);
}
// Unsafe mechanics
private static final sun.misc.Unsafe UNSAFE;
private static final long valueOffset;
static {
try {
UNSAFE = sun.misc.Unsafe.getUnsafe();
Class<?> ak = Cell.class;
valueOffset = UNSAFE.objectFieldOffset
(ak.getDeclaredField("value"));
} catch (Exception e) {
throw new Error(e);
}
}
}
@sun.misc.Contended。加上这个注解的类会自动补齐缓存行，需要注意的是此注解默认是无效的，需要在jvm启动时设置-XX:-RestrictContended才会生效。
小彩蛋
在写这篇文章的时候，知道LongAdder为减少竞争使用Cell数组，内部通过hash值取模定位数组，有想到这做法不是跟Map一样嘛，哈哈
后来又了解了，LongAdder统计当前元素值可能不太精准的时候，心想，ConcurrentHashMap是咋统计的，于是我跑去瞅了瞅，这不看不知道，一看吓一跳，哈哈
不能说是有点类似，只能说是一摸一样
ConcurrentHashMap每次put 完元素后，会更新size，就会去调用addCount方法
这里面其实跟LongAdder一样，通过数组 + base值来处理，最终统计也是遍历数组累加 + base值得到的结果，所以ConcurrentHashMap的size也不准确
惭愧啊~，要不是今天看了，我都忘记了，明明记得之前看过ConcurrentHashMap源码的
后话
我是 皮皮虾 ，会在以后的日子里跟大家一起学习，一起进步！
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