Long型原子操作之AtomicLong与LongAdder

在JVM中long和double型变量都是占用8个字节空间存储的, 而在读写时,是以4字节为单位操作的; 也就是要写入一个long型数据, 需要分别写入高位和低位, 共2次完成.

所以long和double是天生的线程不安全; 要在线程间共享long或者double变量, 必须放在锁内或synchronized代码块中执行, 或是将变量声明为volatile类型.

AtomicLong

在并发较少场景下, 可以使用AtomicLong解决并发的原子性问题, 与之前讲的AtomicInteger类似,利用volatile和CAS机制完成. 因为每次读写都是2次操作,相对AtomicInteger而言效率是较低的.

LongAdder

JDK8中, 为优化AtomicLong在高并发下的低效问题, 引入了一个新的Long型原子操作类LongAdder, 它比AtomicLong拥有更好的性能, 当然代价就是消耗更多的空间.

数据写入

在LongAdder中数据是其父类Striped64中的两个变量base, cells[]共同存储的.

/**
 * Table of cells. When non-null, size is a power of 2.
 */
transient volatile Cell[] cells;
/**
 * Base value, used mainly when there is no contention, but also as
 * a fallback during table initialization races. Updated via CAS.
 */
transient volatile long base;

Striped64: 是一个处理累加的高并发工具类.

base: 是在没有线程竞争时, 数据的CAS处理部分;

cells[]: 是在有线程竞争时, 数据的处理部分;

有无线程竞争的判断依据就是在对base进行CAS操作时是否成功.

casBase(b = base, b + x)

在使用cells, 首先会根据当前线程ID和数组长度, 计算该使用cells数组中哪个元素进行CAS计算.

(a = as[getProbe() & m]) == null

综上, 采用了分治的思想, 数据操作由原来1个位置, 分散到了base和cells[]数组的多个位置, 降低了数据锁的概率, 提高了运算效率.

数据读取

数据的读取是base和cells[]数组累加得到的.

在高并发下, 累计过的数据可能被其他线程修改了, 导致出现误差.

Cells[]初始化

执行写入出现竞争时, cells[]数组就会调用longAccumulate()方法进行初始化处理

public void add(long x) {
    ...  
    !(uncontended = a.cas(v = a.value, v + x)))
   longAccumulate(x, null, uncontended);
    ... 
}

Cells[]初始化时会根据线程的探针哈希值初始化cells[]数组长度.

探针哈希值的作用是将线程和数组中的不同元素对应起来, 尽量避免线程争用同一数组元素.

static final int getProbe() {
    return UNSAFE.getInt(Thread.currentThread(), PROBE);
}

LongAdder与AtomicLong的比较

LongAdder和AtomicLong虽都能实现对long型数字的计数, 但他们还是有些区别的.

1. 从API上说, LongAdder只提供了加1和减1的相关方法, 而AtomicLong可以处理任意数, 使用上也更灵活, 也提供了更多的使用方式.

2. 从性能上说, 在并发量高的情况下, LongAdder造成锁的概率更低, 性能更高, 但在get时可能有误差. 一般情况下, AtomicLong都是可以满足性能需要的.