java 中的LongAdder

问题

（1）java8中为什么要新增LongAdder？

（2）LongAdder的实现方式？

（3）LongAdder与AtomicLong的对比？

简介

LongAdder是java8中新增的原子类，在多线程环境中，它比AtomicLong性能要高出不少，特别是写多的场景。

原理

LongAdder的原理是，在最初无竞争时，只更新base的值，当有多线程竞争时通过分段的思想，让不同的线程更新不同的段，最后把这些段相加就得到了完整的LongAdder存储的值。

源码分析

LongAdder继承自Striped64抽象类，Striped64中定义了Cell内部类和各重要属性。

主要内部类

// Striped64中的内部类，使用@sun.misc.Contended注解，说明里面的值消除伪共享
@sun.misc.Contended static final class Cell {// 存储元素的值，使用volatile修饰保证可见性volatile long value;Cell(long x) { value = x; }// CAS更新value的值final boolean cas(long cmp, long val) {return UNSAFE.compareAndSwapLong(this, valueOffset, cmp, val);}// Unsafe实例private static final sun.misc.Unsafe UNSAFE;// value字段的偏移量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);}}
}

Cell类使用@sun.misc.Contended注解，说明是要避免伪共享的。

使用Unsafe的CAS更新value的值，其中value的值使用volatile修饰，保证可见性。

主要属性

// 这三个属性都在Striped64中
// cells数组，存储各个段的值
transient volatile Cell[] cells;
// 最初无竞争时使用的，也算一个特殊的段
transient volatile long base;
// 标记当前是否有线程在创建或扩容cells，或者在创建Cell
// 通过CAS更新该值，相当于是一个锁
transient volatile int cellsBusy;

LongAdder VS AtomicLong 性能对比

public class LongAdderVSAtomicLongTest {public static void main(String[] args){testAtomicLongVSLongAdder(1, 10000000);testAtomicLongVSLongAdder(10, 10000000);testAtomicLongVSLongAdder(20, 10000000);testAtomicLongVSLongAdder(40, 10000000);testAtomicLongVSLongAdder(80, 10000000);}static void testAtomicLongVSLongAdder(final int threadCount, final int times){try {System.out.println("threadCount：" + threadCount + ", times：" + times);long start = System.currentTimeMillis();testLongAdder(threadCount, times);System.out.println("LongAdder elapse：" + (System.currentTimeMillis() - start) + "ms");long start2 = System.currentTimeMillis();testAtomicLong(threadCount, times);System.out.println("AtomicLong elapse：" + (System.currentTimeMillis() - start2) + "ms");} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}static void testAtomicLong(final int threadCount, final int times) throws InterruptedException {AtomicLong atomicLong = new AtomicLong();List<Thread> list = new ArrayList<>();for (int i=0;i<threadCount;i++){list.add(new Thread(() -> {for (int j = 0; j<times; j++){atomicLong.incrementAndGet();}}));}for (Thread thread : list){thread.start();}for (Thread thread : list){thread.join();}}static void testLongAdder(final int threadCount, final int times) throws InterruptedException {LongAdder longAdder = new LongAdder();List<Thread> list = new ArrayList<>();for (int i=0;i<threadCount;i++){list.add(new Thread(() -> {for (int j = 0; j<times; j++){longAdder.add(1);}}));}for (Thread thread : list){thread.start();}for (Thread thread : list){thread.join();}}
}

可以看到当只有一个线程的时候，AtomicLong反而性能更高，随着线程越来越多，AtomicLong的性能急剧下降，而LongAdder的性能影响很小。

总结

（1）LongAdder通过base和cells数组来存储值；

（2）不同的线程会hash到不同的cell上去更新，减少了竞争；

（3）LongAdder的性能非常高，最终会达到一种无竞争的状态；