LongAdder核心源码分析

Posted 2021-09-03 可持续化发展

以下内容为 本人观看小刘老师的源码培训班视频后整理的学习笔记。

LongAdder是在高并发下实现高性能统计的一个类。以前使用AtomicLong来在高并发下统计一些数据。
但AtomicLong在高并发的情景下性能会越来越差。因为它是通过CAS的方式去操作的，而且只有一个变量去记录累计值。同一轮只有一个线程能竞争成功，抢到锁，把数据修改成功。有很多线程都会CAS失败，然后去自旋了。
所以就有了替代方案，LongAdder。

大概的逻辑

LongAdder的设计：
当写base没有竞争时，线程就将数据写在base里面。当线程在写base发生竞争了，用CAS的方式修改base失败的时候，竞争失败的线程，就会去把cells数组创建出来。在这个cells数组里面也是通过CAS的方式给long类型的value设置值。有了cells数组后，之后线程就会去cells数组里面写数据了。根据UNSAFE.getInt方法，获取当前线程的hash值。hash值 & 数组长度-1，当前线程就得到了cell元素的下标。就往这个cell元素里写数据。当线程在写cell元素的时候，发生竞争了。竞争失败的线程，会重试几次，去写这个cell。如果重试几次后，还是写不进这个cell，说明这个cell是一个热点。这个线程就会对这个cells数组进行扩容。当有其他线程在对cells数组进行扩容或初始化时，当前线程会把数据写到base中。LongAdder是化整为零，以空间换时间的思想。

源码逻辑

LongAdder的add(long x) 的流程是这样的：
先判断cells数组是否初始化了。如果未初始化，当前所有线程应该将数据写到base中。通过CAS的方式写base。如果当前线程cas替换数据成功，就完了。如果base写失败了且cells数组未初始化，就会调用Striped64的longAccumulate方法，去初始化cells数组。
如果cells数组初始化过了，当前线程应该将数据写入到对应的cell中。如果通过当前线程的hash值 & cells数组长度-1得到的下标对应的cell为null，则需要调用longAccumulate方法。如果命中的cell不空且通过CAS的方式修改cell成功了，就结束。如果失败了，需要去longAccumulate方法中扩容cells或者重试。

longAccumulate的逻辑是这样的：
调用longAccumulate方法的情况分三种：

1. 第一种情况，cells 未初始化且多线程写base发生竞争了，就需要初始化cells。就会通过CAS的方式给cells数组加锁。假设加锁成功后，就会真正执行初始化逻辑。初始化完后，这个线程会释放锁。因为初始化的过程中加了锁。此时，其他线程就拿不到这把锁。在cells数组初始化的时候，其他线程就会把数据写到base中。
2. 第二种情况，当前线程对应下标的cell数组元素为空，需要创建一个cell。先判断当前cellsBusy的锁状态。如果无锁，就new一个cell。再通过CAS的方式获取锁cellsBusy。假设拿锁成功，会再次验证命中的cell此时是否为null。为了防止有其他线程在当前线程停顿的时候，给命中的cell赋过值了，这个cell又不空了。如果它此时不空了，就自旋，然后通过CAS的方式尝试写入cell中。如果还是空的，就把新创建的cell对象放进去，然后break。
3. 第三种情况，当前线程对应的cell 写入有竞争，需要重试或扩容。通过CAS的方式去写命中的cell。如果成功，则break。如果失败，就将扩容意向collide设为true。rehash一次当前线程的hash值。然后自旋。再次重试CAS写入命中的cell。如果成功，则break。如果失败，则先获取cellsBusy的锁。假设拿锁成功，就开始执行真正的扩容逻辑。扩容完后，就自旋，再重试写入。

• 当 当前线程写base没有竞争或者有其他线程在对cells数组进行初始化时，当前线程会通过CAS的方式把数据写到base中。
• cells数组扩容时不影响 写，也就是扩容期间，老的cells字段 值不变，然后新线程进来 还是 根据寻址算法找到 线程匹配的 cell ，将数据写入。 扩容那边会创建一个新的cells 数组，会把老的 cells 数组中的cell 全部拷贝过去的。
  

问题1：
会不会这样？线程1在扩容，线程2要去下标6写数据。然而线程1先把下标6的元素copy，而线程2又在老数组里面写了数据（即线程1copy的是旧值）。
答：
rs[i] = as[i];
它们是同一个引用地址。所以无论copy在写前还是在写后，都没影响，不会丢失数据。因为改的是同一个对象。
数据存到对象内了，对象在堆里。

• 当前的cells数组长度不能超过CPU的数量。因为一个CPU同一时间只能执行一个线程。假设有16个CPU，有一个32长度的cells数组，那么同一时刻这台电脑最多占用16个cell，并发到16。剩下的16个cell就浪费空间了。

LongAdder的sum方法的作用是把base和cells数组中的值累计求和，但结果不一定精确。拿到的是一个接近值，它的准确性体现为最终一致性。如果业务场景是高精度高准确性的话，还是得用AtomicLong。