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## LongAdder 的原理
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在 LongAdder 中,底层通过多个数值进行累加来得到最后的结果。当多个线程对同一个 LongAdder 进行更新的时候,将会对这一些列的集合进行动态更新,以避免多线程之间的资源竞争。当需要得到 LongAdder 的具体的值的时候,将会将一系列的值进行求和作为最后的结果。
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在高并发的竞争下进行类似指标数据的收集的时候,LongAdder 通常会和 AtomicLong 进行比较,在低竞争的场景下,两者有着相似的性能表现。而当在高并发竞争的场景下,LongAdder 将会表现更高的性能,但是也会伴随更高的内存消耗。
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## LongAdder 的代码实现
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```java
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transient volatile Cell[] cells;
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transient volatile long base;
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```
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cells 是一个简单的 Cell 数组,当比如通过 LongAdder 的 add()方法进行 LongAdder 内部的数据的更新的时候,将会根据每个线程的一个 hash 值与 cells 数组的长度进行取模而定位,并在定位上的位置进行数据更新。而 base 则是当针对 LongAdder 的数据的更新时,并没有线程竞争的时候,将会直接更新在 base 上,而不需要前面提到的 hash 再定位过程,当 LongAdder 的 sum()方法被调用的时候,将会对 cells 的所有数据进行累加在加上 sum 的值进行返回。
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```java
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public long sum() {
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long sum = base;
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Cell[] as = cells;
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if (as != null) {
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int n = as.length;
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for (int i = 0; i < n; ++i) {
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Cell a = as[i];
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if (a != null) { sum += a.value; }
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}
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}
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return sum;
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}
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```
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相比 sum()方法,LongAdder 的 add()方法要复杂得多。
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```java
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public void add(long x) {
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Cell[] as;
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long b, v;
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HashCode hc;
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Cell a;
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int n;
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if ((as = cells) != null || !casBase(b = base, b + x)) {
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boolean uncontended = true;
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int h = (hc = threadHashCode.get()).code;
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if (as == null || (n = as.length) < 1 ||
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(a = as[(n - 1) & h]) == null ||
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!(uncontended = a.cas(v = a.value, v + x))) { retryUpdate(x, hc, uncontended); }
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}
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}
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```
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在 add()方法的一开始,将会观察 cells 数组是否存在,如果不存在,将会尝试直接通过 casBase()方法在 base 上通过 cas 更新,这是在低并发竞争下的 add()流程,这一流程的前提是对于 LongAdder 的更新并没有遭遇别的线程的并发修改。
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在当 cells 已经存在,而或者对于 base 的 cas 更新失败,都将会将数据的更新落在 cells 数组之上。首先,每个线程都会在其 ThreadLocal 中生成一个线程专有的随机数,并根据这个随机数与 cells 进行取模,定位到的位置进行 cas 修改。在这个流程下,由于根据线程专有的随机数进行 hash 而定位的流程,尽可能的避免了线程间的资源竞争。但是仍旧可能存在 hash 碰撞而导致两个线程定位到了同一个 cells 槽位的情况,这里就需要通过 retryUpdate()方法进行进一步的解决。
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retryUpdate()方法的代码很长,但是逻辑很清晰,主要分为一下几个流程,其中的主流程是一个死循环,进入 retryUpdate()方法后,将会不断尝试执行主要逻辑,直到对应的逻辑执行完毕:
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1.当进入 retryUpdate()的时候,cells 数组还没有创建,将会尝试获取锁并初始化 cells 数组并直接在 cells 数组上进行修改,而别的线程在没创建的情况下进入并获取锁失败,将会直接尝试在 base 上进行更行。 2.当进入 retryUpdate()的时候,cells 数组已经创建,但是分配给其的数组槽位的 Cells 还没有进行初始化,那么将会尝试获取锁并对该槽位进行初始化。 3.当进入 retryUpdate()的时候,cells 数组已经创建,分配给其的槽位的 Cell 也已经完成了初始化,而是因为所定位到的槽位与别的线程发生了 hash 碰撞,那么将会加锁并扩容 cells 数组,之后对该线程持有的 hash 进行 rehash,在下一轮循环中对新定位的槽位数据进行更新。而别的线程在尝试扩容并获取锁失败的时候,将会直接对自己 rehash 并在下一轮的循环中重新在新的 cells 数组中进行定位更新。
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## Cell 本身的内存填充
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最后,提一下 cells 数组中的 Cell 对象。
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```java
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volatile long p0, p1, p2, p3, p4, p5, p6;
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volatile long value;
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volatile long q0, q1, q2, q3, q4, q5, q6;
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```
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每个 Cell 对象中具体存放的 value 前后都由 7 个 long 类型的字段进行内存填充以避免缓存行伪共享而导致的缓存失效。
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