Java并发编程之LongAdder底层代码

1. 核心设计思想：分散竞争

LongAdder 为解决高并发下 AtomicLong 的 CAS 竞争问题，采用 分段累加 的策略：

• 无竞争时：直接累加 base 变量（类似 AtomicLong）。
• 有竞争时：将累加操作分散到多个 Cell 单元，降低冲突概率。

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2. 核心类与变量

• 父类 Striped64：实现核心逻辑。

  abstract class Striped64 extends Number {
      transient volatile Cell[] cells;     // 分段累加单元数组
      transient volatile long base;        // 基础值（无竞争时使用）
      transient volatile int cellsBusy;    // 扩容/初始化锁（CAS 控制）
  }
  

• Cell 内部类：避免伪共享。

  @jdk.internal.vm.annotation.Contended // 缓存行填充
  static final class Cell {
      volatile long value;
      Cell(long x) { value = x; }
  }
  

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3. add() 方法流程

源码简析（JDK 17）：

public void add(long x) {
    Cell[] cs; long b, v; int m; Cell c;
    // 1. 尝试直接累加 base（无竞争）
    if ((cs = cells) == null && !casBase(b = base, b + x)) {
        // 2. CAS 失败，存在竞争 → 初始化或扩容 cells
        boolean uncontended = true;
        // 3. 计算线程哈希，定位 Cell
        int h = getProbe();
        if (cs == null || (m = cs.length - 1) < 0 ||
            (c = cs[m & h]) == null ||
            !(uncontended = c.cas(v = c.value, v + x)))
            // 4. 进入分段累加逻辑
            longAccumulate(x, null, uncontended, h);
    }
}

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4. longAccumulate() 分段累加逻辑

该方法处理 Cell 数组的初始化、扩容及线程哈希冲突：

• 步骤 1：初始化 cells 数组

  if (cells == null) { // 未初始化
      if (casCellsBusy()) { // 获取 cellsBusy 锁
          try {
              if (cells == null) {
                  cells = new Cell[2]; // 初始容量为 2
              }
          } finally {
              cellsBusy = 0; // 释放锁
          }
      }
  }
  

• 步骤 2：线程哈希冲突处理

  int h = advanceProbe(h); // 重新生成哈希码，减少冲突
  

• 步骤 3：扩容 cells 数组

  if (n >= NCPU || cells != cs) // 达到 CPU 核数上限或已被扩容 → 停止扩容
      break;
  if (casCellsBusy()) { // 获取锁
      try {
          cells = Arrays.copyOf(cs, n << 1); // 容量翻倍
      } finally {
          cellsBusy = 0;
      }
  }
  

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5. sum() 方法：汇总结果

public long sum() {
    Cell[] cs = cells;
    long sum = base;
    if (cs != null) {
        for (Cell c : cs)
            if (c != null)
                sum += c.value;
    }
    return sum;
}