Question

LongAdder 的原理

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。

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。

LongAdder 的代码实现

transient volatile Cell[] cells;
transient volatile long base;

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。

public long sum() {
    long sum = base;
    Cell[] as = cells;
    if (as != null) {
        int n = as.length;
        for (int i = 0; i < n; ++i) {
            Cell a = as[i];
            if (a != null) { sum += a.value; }
        }
    }
    return sum;
}

相比 sum() 方法，LongAdder 的 add() 方法要复杂得多。

public void add(long x) {
    Cell[] as;
    long b, v;
    HashCode hc;
    Cell a;
    int n;
    if ((as = cells) != null || !casBase(b = base, b + x)) {
        boolean uncontended = true;
        int h = (hc = threadHashCode.get()).code;
        if (as == null || (n = as.length) < 1 ||
            (a = as[(n - 1) & h]) == null ||
            !(uncontended = a.cas(v = a.value, v + x))) { retryUpdate(x, hc, uncontended); }
    }
}

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。

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。

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：

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。

Cell 本身的内存填充

最后，提一下 cells 数组中的 Cell 对象。

volatile long p0, p1, p2, p3, p4, p5, p6;
volatile long value;
volatile long q0, q1, q2, q3, q4, q5, q6;

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。