【JUC】14-LongAddr源码分析

news2024/11/13 10:12:51

1. LongAddr底层实现过程

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2. Striped64中变量或方法的定义

  • base:类似于AtomicLong中全局的value值。在没有竞争情况下数据直接累加到base上,或者cells扩容时,也需要将数据写入到base上。
  • collide:表示扩容意向,false一定不会扩容,true可能会扩容。
  • cellsBusy:初始化cells或者扩容cells需要获取锁,0表示无锁,1表示其他线程已经持有锁。
  • casCellsBusy():通过CAS操作修改cellsBusy的值,CAS成功获取锁,返回true。
  • getProbe():获取当前线程的hash值。
  • advanceProbe():重置当前线程的hash值。

3. LongAddr设计思想

 LongAddr基本思想是分散热点,将value值分散到一个Cell数组中,不同线程会命中到数组的不同槽中,各个线程只对自己槽中的那个值进行CAS操作,这样热点就被分散了,冲突概率就很小。如果要获取真正的long值,只要将各个槽中的变量值累加返回。
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 LongAdder在无竞争的情况,跟AtomicLong一样,对同一个base进行操作,当出现竞争关系时则是采用化整为零分散热点的做法,用空间换时间,用一个数组cells,将一个value拆分进这个数组cells。多个线程需要同时对value进行操作时候,可以对线程id进行hash得到hash值,再根据hash值映射到这个数组cells的某个下标,再对下标对应的值进行自增操作。当所有线程操作完毕,将数组cells的所有值和base都加起来作为最终结果。
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4. LongAddr源码分析

更新步骤:

  1. 若Cells为空,尝试CAS更新base字段,成功则退出;
  2. 若Cells为空,CAS更新base字段失败,出现竞争,uncontended为true,调用longAccumulate;
  3. 若Cells非空,但当前线程映射槽为空,uncontended为true,调用longAccumulate;
  4. 若Cells非空,且当前线程映射槽非空,CAS更新Cell的值,成功则返回,否则,uncontended设为false,调用longAccumulate。

longAdder.increment() =>add()=>longAccumulate()

  • add()源码
public void add(long x) {
        // cs表示cells引用
        Cell[] cs;
        // b表示获取的base值, v表示期望值
        long b, v;
        // m表示cells数组的长度
        int m;
        // c表示当前命中的单元格
        Cell c;
		
		// 进入条件为cs不为空或casBase失败 
        if ((cs = cells) != null || !casBase(b = base, b + x)) {
        	// 获取线程id的hash映射
            int index = getProbe();
            // 无竞争。未出现多个线程竞争到一个槽位里面
            boolean uncontended = true;
            // cs未创建或长度为0时候
            if (cs == null || (m = cs.length - 1) < 0 ||
            		// hash值对应的数组为空,需要进行初始化
                    (c = cs[index & m]) == null ||
                    // 对应的单元格cas失败
                    !(uncontended = c.cas(v = c.value, v + x)))
                // 新建或者扩容
                longAccumulate(x, null, uncontended, index);
        }
    }
  • cas比较并交换
    final boolean casBase(long cmp, long val) {
        return BASE.weakCompareAndSetRelease(this, cmp, val);
    }
  • longAccumulate(long x, LongBinaryOperator fn, boolean wasUncontended, int index)
    final void longAccumulate(long x, LongBinaryOperator fn,
                              boolean wasUncontended, int index) {
        if (index == 0) {
            ThreadLocalRandom.current(); // force initialization
            index = getProbe();
            wasUncontended = true;
        }
        for (boolean collide = false;;) {       // True if last slot nonempty
            Cell[] cs; Cell c; int n; long v;
            if ((cs = cells) != null && (n = cs.length) > 0) {
                if ((c = cs[(n - 1) & index]) == null) {
                    if (cellsBusy == 0) {       // Try to attach new Cell
                        Cell r = new Cell(x);   // Optimistically create
                        if (cellsBusy == 0 && casCellsBusy()) {
                            try {               // Recheck under lock
                                Cell[] rs; int m, j;
                                if ((rs = cells) != null &&
                                    (m = rs.length) > 0 &&
                                    rs[j = (m - 1) & index] == null) {
                                    rs[j] = r;
                                    break;
                                }
                            } finally {
                                cellsBusy = 0;
                            }
                            continue;           // Slot is now non-empty
                        }
                    }
                    collide = false;
                }
                else if (!wasUncontended)       // CAS already known to fail
                    wasUncontended = true;      // Continue after rehash
                else if (c.cas(v = c.value,
                               (fn == null) ? v + x : fn.applyAsLong(v, x)))
                    break;
                else if (n >= NCPU || cells != cs)
                    collide = false;            // At max size or stale
                else if (!collide)
                    collide = true;
                else if (cellsBusy == 0 && casCellsBusy()) {
                    try {
                        if (cells == cs)        // Expand table unless stale
                            cells = Arrays.copyOf(cs, n << 1);
                    } finally {
                        cellsBusy = 0;
                    }
                    collide = false;
                    continue;                   // Retry with expanded table
                }
                index = advanceProbe(index);
            }
            else if (cellsBusy == 0 && cells == cs && casCellsBusy()) {
                try {                           // Initialize table
                    if (cells == cs) {
                        Cell[] rs = new Cell[2];
                        rs[index & 1] = new Cell(x);
                        cells = rs;
                        break;
                    }
                } finally {
                    cellsBusy = 0;
                }
            }
            // Fall back on using base
            else if (casBase(v = base,
                             (fn == null) ? v + x : fn.applyAsLong(v, x)))
                break;
        }
    }

5. longAccumulate

// x为默认值, fn默认null, wasUncontended为false代表竞争失败了
final void longAccumulate(long x, LongBinaryOperator fn,
                              boolean wasUncontended, int index) {
        // 强制获取hash值
        if (index == 0) {
            ThreadLocalRandom.current(); // force initialization
            index = getProbe();
            wasUncontended = true;
        }
        for (boolean collide = false;;) {       // True if last slot nonempty
            Cell[] cs; Cell c; int n; long v;
            // cells已经被初始化了
            if ((cs = cells) != null && (n = cs.length) > 0) {
                if ((c = cs[(n - 1) & index]) == null) {
                    // double check
                    if (cellsBusy == 0) {       // Try to attach new Cell
                        Cell r = new Cell(x);   // Optimistically create
                        if (cellsBusy == 0 && casCellsBusy()) {
                            try {               // Recheck under lock
                                Cell[] rs; int m, j;
                                if ((rs = cells) != null &&
                                    (m = rs.length) > 0 &&
                                    rs[j = (m - 1) & index] == null) {
                                    rs[j] = r;
                                    break;
                                }
                            } finally {
                                cellsBusy = 0;
                            }
                            continue;           // Slot is now non-empty
                        }
                    }
                    collide = false;
                }
                else if (!wasUncontended)       // CAS already known to fail
                    wasUncontended = true;      // Continue after rehash
                else if (c.cas(v = c.value,
                               (fn == null) ? v + x : fn.applyAsLong(v, x)))
                    break;
                else if (n >= NCPU || cells != cs)
                    collide = false;            // At max size or stale
                else if (!collide)
                    collide = true;
                else if (cellsBusy == 0 && casCellsBusy()) {
                    try {
                        if (cells == cs)        // Expand table unless stale
                            cells = Arrays.copyOf(cs, n << 1);
                    } finally {
                        cellsBusy = 0;
                    }
                    collide = false;
                    continue;                   // Retry with expanded table
                }
                index = advanceProbe(index);
            }
            // cells没有加锁且没有初始化,则尝试对它进行加锁,并初始化cells数组
            else if (cellsBusy == 0 && cells == cs && casCellsBusy()) {
                try {                           // Initialize table
                    if (cells == cs) {
                    	// 新建长度为2的数组
                        Cell[] rs = new Cell[2];
                        // 将值映射到cells中
                        rs[index & 1] = new Cell(x);
                        cells = rs;
                        break;
                    }
                } finally {
                    cellsBusy = 0;
                }
            }
            // Fall back on using base,cells正在进行初始化,则尝试直接在base上进行累加操作
            else if (casBase(v = base,
                             (fn == null) ? v + x : fn.applyAsLong(v, x)))
                break;
        }
    }

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6. LongAddr在并发情况下sum的值不精确

sum执行时,并没有限制对base和cells的更新。所以LongAddr不是强一致性的,它是最终一致性。

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

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