LongAdder源码解析

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LongAdder源码解析

AtomicLong类通过CAS提供了非阻塞的原子性操作，相比使用synchronized来说，性能已经有了很大的提升。但是，在高并发的场景下，大量线程同时使用AtomicLong时，只能有一个线程能成功，其他线程只能通过自旋获取新的值，再后续更新自己的值。这期间就浪费了大量的CPU资源。

JDK8新增了一个原子性递增或者递减类LongAdder用来克服在高并发下使用AtomicLong的缺点。

LongAdder类介绍

LongAdder内部维护了一个base变量和Cell数组。

  • base变量是在非竞态条件下使用的，值直接累加到这个变量上
  • Cell数组是在竞态条件下使用的，每个线程累加到不同的Cell上

最终获取值的时候，就通过累加base和每个Cell的值返回。

通过Base+Cell方式，LongAdder将原来AtomicLong的热点值从一个变成了多个，提高了并发度。但同时也增大了空间的损耗，典型的以空间换时间。

类图

LongAdder类继承了抽象了Striped64和实现而来接口Serializable。

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public class LongAdder extends Striped64 implements Serializable

Striped64是实现高并发累加的工具类；Striped64的设计核心思路就是通过内部的分散计算来避免竞争。Striped64内部包含一个base和一个Cell[] cells数组，又叫hash表。

LongAdder类图

主要属性

主要方法

LongAdder()

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/**
     * Creates a new adder with initial sum of zero.
     */
    public LongAdder() {
    }

新建一个初始值为0的LongAdder。

add(long)

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/**
     * Adds the given value.
     *
     * @param x the value to add
     */
    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);
        }
    }

add方法主要做的事情就是：

  1. 判断cells数组是否为null，如果为null的话，说明没有竞态条件，
  2. cas设置base的值，如果cas失败了，说明存在竞态条件，设置变量uncontended值为true
  3. 存在竞态的条件下，如果cells数组为null，调用longAccumulate方法，初始化cells数组
  4. 存在竞态的条件下，如果cells数组的长度为0，调用longAccumulate方法，初始化cells数组
  5. 如果cells数组不为null，并且长度不为0，那么计算出当前线程应该去哪个cell中累加，如果该位置的cell值为null，调用longAccumulate方法进行初始化
  6. 如果该位置上的值不为null，则cas累加，如果累加失败，调用longAccumulate方法，重新计算

increment()

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/**
     * Equivalent to {@code add(1)}.
     */
    public void increment() {
        add(1L);
    }

对LongAdder自增1，内部调用add方法。

decrement()

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/**
     * Equivalent to {@code add(-1)}.
     */
    public void decrement() {
        add(-1L);
    }

对LongAdder自减1，内部调用add方法

sum

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/**
     * Returns the current sum.  The returned value is <em>NOT</em> an
     * atomic snapshot; invocation in the absence of concurrent
     * updates returns an accurate result, but concurrent updates that
     * occur while the sum is being calculated might not be
     * incorporated.
     *
     * @return the sum
     */
    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;
    }

返回base和所有cells数组值的累加和

reset

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/**
     * Resets variables maintaining the sum to zero.  This method may
     * be a useful alternative to creating a new adder, but is only
     * effective if there are no concurrent updates.  Because this
     * method is intrinsically racy, it should only be used when it is
     * known that no threads are concurrently updating.
     */
    public void reset() {
        Cell[] as = cells; Cell a;
        base = 0L;
        if (as != null) {
            for (int i = 0; i < as.length; ++i) {
                if ((a = as[i]) != null)
                    a.value = 0L;
            }
        }
    }

将base值设置为0，如果cells数组有值，并且不为0，则重置为0.

sumThenReset()

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/**
     * Equivalent in effect to {@link #sum} followed by {@link
     * #reset}. This method may apply for example during quiescent
     * points between multithreaded computations.  If there are
     * updates concurrent with this method, the returned value is
     * <em>not</em> guaranteed to be the final value occurring before
     * the reset.
     *
     * @return the sum
     */
    public long sumThenReset() {
        Cell[] as = cells; Cell a;
        long sum = base;
        base = 0L;
        if (as != null) {
            for (int i = 0; i < as.length; ++i) {
                if ((a = as[i]) != null) {
                    sum += a.value;
                    a.value = 0L;
                }
            }
        }
        return sum;
    }

获取当前的和，并重置所有的数值为0.

toString()

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/**
     * Returns the String representation of the {@link #sum}.
     * @return the String representation of the {@link #sum}
     */
    public String toString() {
        return Long.toString(sum());
    }

返回和的字符串形式

longValue()

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/**
     * Equivalent to {@link #sum}.
     *
     * @return the sum
     */
    public long longValue() {
        return sum();
    }

返回当前和

intValue()

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/**
     * Returns the {@link #sum} as an {@code int} after a narrowing
     * primitive conversion.
     */
    public int intValue() {
        return (int)sum();
    }

返回当前和的整型形式

floatValue()

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/**
     * Returns the {@link #sum} as a {@code float}
     * after a widening primitive conversion.
     */
    public float floatValue() {
        return (float)sum();
    }

返回当前和的float形式

doubleValue()

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/**
     * Returns the {@link #sum} as a {@code double} after a widening
     * primitive conversion.
     */
    public double doubleValue() {
        return (double)sum();
    }

返回当前和的double形式

参考资料

LongAdder源码深入剖析

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