LongAdder和AtomicLong的区别与使用场景选择

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LongAdder 和 AtomicLong 都是 Java 并发包中重要的原子类,但它们的设计哲学和最佳应用场景有显著区别。下面这个表格能帮你快速抓住核心差异。

特性维度AtomicLongLongAdder
核心设计单变量 CAS 竞争模型多单元(Cell)分散竞争模型(分而治之)
高并发写性能较差(竞争激烈时CAS失败重试频繁,CPU空转严重)极佳​(竞争被分散,显著减少冲突)
读(get/sum)性能极佳​(一次 volatile 读,直接返回精确值)较差(需遍历 Cell 数组求和,非原子快照,是最终一致性的)
内存占用小(仅一个 long 变量)较大(需维护基础值 base 和 Cell 数组,空间换时间)
数据一致性强一致性​:每次读都能获得最新的、精确的值最终一致性​:sum()返回的是调用时刻的近似值
功能接口提供丰富的原子操作(如 compareAndSet主要提供 addincrement等简单算术操作

💡 深入理解工作原理差异

两者性能差异的根源在于其内部实现机制。

  • AtomicLong 的单一热点竞争

    AtomicLong 内部维护了一个被 volatile修饰的 value变量。每次线程执行 incrementAndGet()等操作时,都会通过 ​CAS​ 操作去直接修改这个 value。在高并发下,大量线程同时竞争修改这一个变量,会导致大量的 CAS 失败和重试(自旋)。同时,由于 value的可见性要求,频繁的修改会引发总线上的大量 ​缓存一致性流量​(如 flushrefresh操作),消耗大量CPU资源,导致性能下降。

  • LongAdder 的分而治之策略

    LongAdder 则采用了更聪明的“分段”思想。它内部有一个 ​base​ 变量和一个 ​Cell[]​​ 数组。

    1. 低竞争时​:线程会尝试直接 CAS 更新 base变量。

    2. 高竞争时​:系统会为线程分配一个 Cell数组中的元素,让线程主要去更新自己对应的那个 Cell。这样,就将对一个变量的激烈竞争,​分散到了多个变量上,极大地降低了冲突概率。

      当需要获取最终结果(调用 sum()方法)时,LongAdder 会将 base和所有 Cell数组中的值累加起来。因为这个过程没有加锁,所以得到的是某个时刻的最终一致性的近似值,而非绝对精确的实时值。

🎯 如何做出正确选择

理解了原理,选择标准就非常清晰了。你可以根据下面的决策流程图来快速判断:

image.png 根据以上流程图,我们可以总结出更具体的选择建议:

优先选择 AtomicLong的场景:​

  • 需要原子性比较和设置操作​:例如实现自旋锁、状态机等复杂逻辑,必须使用 AtomicLongcompareAndSet方法。
  • 低并发环境且需要频繁、精确读取​:例如作为一个需要被频繁查询的全局序列生成器。此时 AtomicLong的简单性和读取高性能是最佳选择。
  • 对内存占用非常敏感​:在资源受限的环境下,AtomicLong的固定小内存占用更有优势。

优先选择 LongAdder的场景:​

  • 高并发写操作,对读的实时精确性要求不高​:这是 LongAdder的设计目标。典型场景包括:

    • 统计计数器​:如统计接口的调用次数、成功/失败次数。

    • 监控指标收集​:如记录收到的消息数量、日志事件数量等。

      这些场景下,写入极其频繁,但通常只需要定期(如每秒)获取一次汇总值进行展示或上报,短暂的延迟和近似精确是完全可接受的。

💎 总结

简单来说,这是一个典型的 ​权衡艺术​:LongAdder用 ​空间​ 和 ​实时精确性​ 换取了高并发写入下的 ​吞吐量;而 AtomicLong则保持了 ​简洁性实时精确性​ 和 ​更丰富的原子操作,但在极高并发写入时会成为性能瓶颈。