LongAdder原理及創(chuàng)建使用示例詳解

更新時間：2023年01月13日 11:58:13 作者：Afu

這篇文章主要為大家介紹了LongAdder原理及創(chuàng)建使用示例詳解，有需要的朋友可以借鑒參考下，希望能夠有所幫助，祝大家多多進步，早日升職加薪

LongAdder介紹

1.Atomic原子類

Atomic的原子類內部使用的是CAS原則,CAS是一個樂觀鎖,但是如果是在高并發(fā)的情況下的話,多個線程不斷地競爭

CAS的不斷的自旋,非常耗CPU.

高并發(fā)環(huán)境下，value變量其實是一個熱點，也就是多個線程競爭一個熱點。

這時候就需要使用的 LongAdder 來替代 Atomic類

2.LongAdder原理

LongAdder的原理就是分散熱點,將value分散到一個數(shù)組中,不同的線程去找自己的對應的Cell進行修改值,

各個線程對Cell進行CAS操作,這樣熱點就被分散了,沖突的概率小了,性能就提高了.

如果要返回實際的值,返回所有的數(shù)組中的值和base值就行.

2.查看LongAdder的add方法

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);
    }
}

一看到這種代碼就頭皮發(fā)麻

簡單說明一下這幾行代碼作用,說多了,你也懶得看

第一個if作用:

如果還沒有初始化cells數(shù)組,就去修改base值

如果修改Base值失敗,說明多個線程對base值修改發(fā)生了競爭

第二個if作用:

判斷有沒有cells有沒有值,有的話說明已經(jīng)初始化過cells數(shù)組了

知道對應的桶位添加值或者修改值

我感覺你已經(jīng)不知道我在說什么了!

反正你就知道,如果有多個線程發(fā)生了競爭,就去cells數(shù)組中找對應的桶位的cell添加或者修改值即可

3.longAccumulate方法

這里的代碼特別的惡心,是能助眠的好代碼,建議收藏!

簡單說明一下幾個核心的代碼

3.1.創(chuàng)建Cell數(shù)組

  else if (cellsBusy == 0 && cells == as && casCellsBusy()) {
                boolean init = false;
                try {
                    if (cells == as) {
                        Cell[] rs = new Cell[2];
                        rs[h & 1] = new Cell(x);
                        cells = rs;
                        init = true;
                    }
                } finally {
                    cellsBusy = 0;
                }
                if (init)
                    break;
            }

Cell數(shù)組還沒有進行初始化,

創(chuàng)建長度為2的Cell數(shù)組

在索引1的位置存儲第一個Cell對象

3.2.創(chuàng)建桶位Cell對象

                if ((as = cells) != null && (n = as.length) > 0) {    
              if ((a = as[(n - 1) & h]) == null) {
                    if (cellsBusy == 0) {     
                        Cell r = new Cell(x);  
                        if (cellsBusy == 0 && casCellsBusy()) {
                            boolean created = false;
                            try {             
                                Cell[] rs; int m, j;
                                if ((rs = cells) != null &&
                                    (m = rs.length) > 0 &&
                                    rs[j = (m - 1) & h] == null) {
                                    rs[j] = r;
                                    created = true;
                                }
                            } finally {
                                cellsBusy = 0;
                            }
                            if (created)
                                break;
                            continue;          
                        }
                    }

m - 1) & h 通過路由尋址公式找到對應的索引位置的桶位為空,然后把創(chuàng)建的Cell對象存儲進去

更直白就是說,你要蹲坑了,你要去找坑,如果坑位沒有人,你就進去

3.3.擴容Cell數(shù)組

 else if (cellsBusy == 0 && casCellsBusy()) {
                    try {
                        if (cells == as) {     
                            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;                 
                }

數(shù)組長度不夠時,2倍擴容

4.總結

你現(xiàn)在肯定是云里霧里,講的都是什么東西.

你現(xiàn)在就只需要知道 LongAdder

通過 base 和 Cell數(shù)組換取更高的性能

5.附上源碼解析

當然這里你可以跳過了,不用看了

5.1.add方法

public void add(long x) {
        // as 表示cells引用
        // b 表示獲取的base值
        // v 表示期望值
        // m 表示cells數(shù)組的長度
        // a 表示當前線程命中cell單元格
        Cell[] as; long b, v; int m; Cell a;
        //條件一: --> true 表示cells已經(jīng)初始化過了,當前線程應該把數(shù)據(jù)寫到對應的cell中
        //        --> false 表示cells還沒有初始化過,當前線程所有的數(shù)據(jù)都被寫到base中
        //條件二: --> false 表示cas替換值成功
        //        --> true 表示發(fā)生競爭了,可能需要重試 或者 擴容
        if ((as = cells) != null || !casBase(b = base, b + x)) {
            //什么時候會進來?
            //1.true 表示cells已經(jīng)初始化過了,當前線程應該把數(shù)據(jù)寫到對應的cell中
            //2.true cells還沒有初始化,但是發(fā)生競爭了
            // true -> 未競爭  false ->發(fā)生競爭
            boolean uncontended = true;
            //as == null || (m = as.length - 1) < 0 看做是一個條件
            //條件一:true --> 說明cells還沒有被初始化,也就是多線程寫base發(fā)生競爭了進來的,也就是通過第二個條件進來的
            //      false --> 說明cells已經(jīng)初始化了,可以去尋找自己的cell進行賦值
            //條件二: getProbe() 可以理解為獲取當前線程的hash值, m表示cells長度-1  注意:cells的次方數(shù)一定是2的次方
            // true --> 說明當前線程對應的下標的cell為空,需要創(chuàng)建 longAccumulate 支持
            // false --> 說明當前線程對應的下標cell不為空,下一步需要將 x,添加到cell中
            //條件三: true --> 代表cas失敗,代表當前線程對應的cell,有競爭
            //        false --> 表示cas成功
            if (as == null || (m = as.length - 1) < 0 ||
                (a = as[getProbe() & m]) == null ||
                !(uncontended = a.cas(v = a.value, v + x)))
                //都哪些情況會調用這里的方法?
                //1.true --> 說明cells還沒有被初始化,也就是多線程寫base發(fā)生競爭了進來的
                //2.true --> 說明當前線程對應的下標的cell為空,需要創(chuàng)建 longAccumulate 支持
                //3.true --> 代表cas失敗,代表當前線程對應的cell,有競爭
                longAccumulate(x, null, uncontended);
        }
    }

5.2.longAccumulate方法

 /**
     * //1.true --> 說明cells還沒有被初始化,也就是多線程寫base發(fā)生競爭了進來的,到時候會進行初始化cell
     * //2.true --> 說明當前線程對應的下標的cell為空,需要創(chuàng)建 longAccumulate 支持
     * //3.true --> 對應的下標也有cell,但是cas失敗,代表當前線程對應的cell,有競爭
     */
    //wasUncontended,只有cells初始化之后,并且當前線程 競爭修改失敗,才會是false,其他情況下都是true
    final void longAccumulate(long x, LongBinaryOperator fn,
                              boolean wasUncontended) {
        //表示線程的hash值
        int h;
        //條件成立,說明當前線程還未分配hash值
        if ((h = getProbe()) == 0) {
            //給當前線程分配hash值
            ThreadLocalRandom.current(); // force initialization
            //取出當前線程的hash值賦值給h
            h = getProbe();
            //為什么?默認情況下,可定寫入到了cell[0]的位置,不把他當做一次真正的競爭??
            wasUncontended = true;
        }
        //表示擴容意向, false表示不會擴容 , true有可能會擴容
        boolean collide = false;                // True if last slot nonempty
        //自旋
        for (;;) {
            //as 表示cells引用
            //a 表示當前線程命中的cell
            //n 表示cell的數(shù)組長度
            //v 表示期望值
            Cell[] as; Cell a; int n; long v;
            //情況1:as不為空表示cells已經(jīng)初始化了,當前線程應該將數(shù)據(jù)寫入到對應的cell中
            if ((as = cells) != null && (n = as.length) > 0) {
                //2.true --> 說明當前線程對應的下標的cell為空,需要創(chuàng)建 longAccumulate 支持
                //3.true --> 代表cas失敗,代表當前線程對應的cell,有競爭[重試或者擴容]
                //情況1.1: true 表示當前線程對應的下標位置的cell為null,需要創(chuàng)建cell
                if ((a = as[(n - 1) & h]) == null) {
                    //true 表示當前鎖未被占用,false-->表示鎖被占用
                    if (cellsBusy == 0) {       // Try to attach new Cell
                        //拿x創(chuàng)建cell
                        Cell r = new Cell(x);   // Optimistically create
                        //條件一:true 表示當前鎖未被占用,false-->表示鎖被占用
                        //條件二:true表示當前線程獲取鎖成功,false表示當前線程獲取鎖失敗,
                        if (cellsBusy == 0 && casCellsBusy()) {
                            //是否創(chuàng)建成功的標記
                            boolean created = false;
                            try {               // Recheck under lock
                                //rs表示cells引用
                                //m 表示cells長度
                                //j 表示當前線程命中的下標
                                Cell[] rs; int m, j;
                                //條件一,條件二,恒成立的
                                //rs[j = (m - 1) & h] == null 為了防止其他線程已經(jīng)初始化話過了,防止當前線程再次修改,覆蓋掉原來的cell
                                if ((rs = cells) != null &&
                                    (m = rs.length) > 0 &&
                                    rs[j = (m - 1) & h] == null) {
                                    rs[j] = r;
                                    created = true;
                                }
                            } finally {
                                cellsBusy = 0;
                            }
                            if (created)
                                break;
                            continue;           // Slot is now non-empty
                        }
                    }
                    //擴容意向改為false
                    collide = false;
                }
                //情況1.2
                //wasUncontended,只有cells初始化之后,并且當前線程 競爭修改失敗,才會是false,其他情況下都是true
                else if (!wasUncontended)       // CAS already known to fail
                    wasUncontended = true;      // Continue after rehash
                //情況1.3 :當前線程rehash過后,然后新命中的cell不為空
                //true --> 寫成功 退出
                //false -- > rehash過后命中的cell,也有競爭  這里為重試一次,再重試一次
                else if (a.cas(v = a.value, ((fn == null) ? v + x :
                                             fn.applyAsLong(v, x))))
                    break;
                    //情況1.4.
                    // 條件一: n >= NCPU  true --> 擴容意向改為False ,表示不擴容了   false --> 表示cells還可以擴容
                   //條件二:  true --> 表示其他線程已經(jīng)擴容過了,當前線程rehash之后重試即可
                else if (n >= NCPU || cells != as)
                    collide = false;            // At max size or stale
                //默認開始為false 的, 設置為true,需要擴容,但是不一定真的發(fā)生擴容
                else if (!collide)
                    collide = true;
                //情況6.真正的擴容邏輯
                //條件一: cellsBusy == 0 true  --> 表示當前無鎖狀態(tài),當前線程可以去競爭這把鎖
                //條件二:casCellsBusy() true --> 表示當前線程獲取鎖成功,可以執(zhí)行擴容邏輯 ,false 表示有其他線程在做相關的操作
                // 嘗試兩次之后
                else if (cellsBusy == 0 && casCellsBusy()) {
                    try {
                        if (cells == as) {      // Expand table unless stale
                            //n<<1 翻倍
                            Cell[] rs = new Cell[n << 1];
                            for (int i = 0; i < n; ++i)
                                rs[i] = as[i];
                            cells = rs;
                        }
                    } finally {
                        //釋放鎖
                        cellsBusy = 0;
                    }
                    collide = false;
                    continue;                   // Retry with expanded table
                }
                //重置當前線程hash值
                h = advanceProbe(h);
            }
            //情況2:前置條件,cells為進行初始化,as為null
            //條件一: cellsBusy為true當前未加鎖
            //條件二: cells == as 為什么? 因為其他線程在你給as賦值之后修改了cells
            //條件三: true 表示獲取鎖成功 ,會把cellBusy 設置為 1 , false 表示其他線程在持有這個鎖
            else if (cellsBusy == 0 && cells == as && casCellsBusy()) {
                boolean init = false;
                try {
                    // 為什么還有一次判斷呢?
                    //防止其他線程已經(jīng)初始化了,當前線程再次初始化,導致丟失數(shù)據(jù)
                    if (cells == as) {
                        Cell[] rs = new Cell[2];
                        rs[h & 1] = new Cell(x);
                        cells = rs;
                        init = true;
                    }
                } finally {
                    //釋放鎖
                    cellsBusy = 0;
                }
                if (init)
                    break;
            }
            //情況三:
            //1.當前cellBusy加鎖狀態(tài),表示其他線程正在初始化cells,所以當前線程累加到base
            //2.cells被其他線程初始化之后,當前線程需要將數(shù)據(jù)累加到base
            else if (casBase(v = base, ((fn == null) ? v + x :
                                        fn.applyAsLong(v, x))))
                break;                          // Fall back on using base
        }
    }

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