LongAdder原理解析
2019-02-11 本文已影响10人
知止9528
一般都是CAS对一个变量进行操作,但Doug Lea大神觉得不满足,又写了一个LongAdder
先看下传统的
AtomicLong的原理.png
再来看下LongAdder的
LongAdder原理图.png
即将一个变量进一步拆分到一个base数组中,减少资源竞争
@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);
}
}
}
- 类似于AtomicLong，利用CAS来更新变量
- @Contended避免value伪共享
将多个cell数组中的值加起来的和就类似于AtomicLong中的value
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;
}
increment()的调用链
java.util.concurrent.atomic.LongAdder.increment
->java.util.concurrent.atomic.LongAdder.add
多个线程操作的时候.png
add()方法如下
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);
}
}
第一次Cell数组为空,进入casBase()
final boolean casBase(long cmp, long val) {
return UNSAFE.compareAndSwapLong(this, BASE, cmp, val);
}
即原子更新,成功则直接返回,失败则说明出现并发了
if的三个判断
- 数组为空
- 或者数组长度小于1
- 或者位置上没有Cell对象,即getProbe()&m其实相当于hashMap里面的tab[i = (n - 1) & hash]
- 或者修改cell的值失败
才会最终进入到longAccumulate()方法中
小结
- 如果Cells表为空，尝试用CAS更新base字段，成功则退出；
- 如果Cells表为空，CAS更新base字段失败，出现竞争，uncontended为true，调用longAccumulate；
- 如果Cells表非空，但当前线程映射的槽为空，uncontended为true，调用longAccumulate；
- 如果Cells表非空，且前线程映射的槽非空，CAS更新Cell的值，成功则返回，否则，uncontended设为false，调用longAccumulate。
看到这里大概应该知道为什么LongAdder会比AtomicLong更高效了，没错，唯一会制约AtomicLong高效的原因是高并发，高并发意味着CAS的失败几率更高， 重试次数更多，越多线程重试，CAS失败几率又越高，变成恶性循环，AtomicLong效率降低。 那怎么解决？ LongAdder给了我们一个非常容易想到的解决方案：减少并发，将单一value的更新压力分担到多个value中去，降低单个value的 “热度”，分段更新！！！
这样，线程数再多也会分担到多个value上去更新，只需要增加value就可以降低 value的 “热度” AtomicLong中的 恶性循环不就解决了吗？ cells 就是这个 “段” cell中的value 就是存放更新值的， 这样，当我需要总数时，把cells 中的value都累加一下不就可以了么！！
在看看add方法中的代码，casBase方法可不可以不要，直接分段更新,上来就计算 索引位置，然后更新value？
不是不行，而是有所考虑的,因为，casBase操作等价于AtomicLong中的CAS操作，要知道，LongAdder这样的处理方式是有坏处的，分段操作必然带来空间上的浪费，可以空间换时间，但是，能不换就不换，空间时间都节约.
casBase操作保证了在低并发时，不会立即进入分支做分段更新操作，因为低并发时，casBase操作基本都会成功，只有并发高到一定程度了，才会进入分支
longAccumulate()方法如下
final void longAccumulate(long x, LongBinaryOperator fn,
boolean wasUncontended) {
int h;
if ((h = getProbe()) == 0) {
ThreadLocalRandom.current(); // force initialization
h = getProbe();
wasUncontended = true;
}
boolean collide = false; // True if last slot nonempty
for (;;) {
Cell[] as; Cell a; int n; long v;
if ((as = cells) != null && (n = as.length) > 0) {
if ((a = as[(n - 1) & h]) == null) {
if (cellsBusy == 0) { // Try to attach new Cell
Cell r = new Cell(x); // Optimistically create
if (cellsBusy == 0 && casCellsBusy()) {
boolean created = false;
try { // Recheck under lock
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; // Slot is now non-empty
}
}
collide = false;
}
else if (!wasUncontended) // CAS already known to fail
wasUncontended = true; // Continue after rehash
else if (a.cas(v = a.value, ((fn == null) ? v + x :
fn.applyAsLong(v, x))))
break;
else if (n >= NCPU || cells != as)
collide = false; // At max size or stale
else if (!collide)
collide = true;
else if (cellsBusy == 0 && casCellsBusy()) {
try {
if (cells == as) { // Expand table unless stale
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
}
h = advanceProbe(h);
}
else if (cellsBusy == 0 && cells == as && casCellsBusy()) {
boolean init = false;
try { // Initialize table
if (cells == as) {
Cell[] rs = new Cell[2];
rs[h & 1] = new Cell(x);
cells = rs;
init = true;
}
} finally {
cellsBusy = 0;
}
if (init)
break;
}
else if (casBase(v = base, ((fn == null) ? v + x :
fn.applyAsLong(v, x))))
break; // Fall back on using base
}
}
longAccumulate.png
- 如果Cells表为空，尝试获取锁之后初始化表（初始大小为2）；
- 如果Cells表非空，对应的Cell为空，自旋锁未被占用，尝试获取锁，添加新的Cell；
- 如果Cells表非空，找到线程对应的Cell，尝试通过CAS更新该值；
- 如果Cells表非空，线程对应的Cell CAS更新失败，说明存在竞争，尝试获取自旋锁之后扩容,将cells数组扩大，降低每个cell的并发量后再试
