Java并发编程：探究LongAdder的性能表现

longAccumulate方法

final void longAccumulate(long x, LongBinaryOperator fn,
                          boolean wasUncontended) {
    int h;
    if ((h = getProbe()) == 0) {
        ThreadLocalRandom.current(); // force initialization
        h = getProbe();
        wasUncontended = true;
    }
    boolean collide = false;                // True if last slot nonempty
    for (;;) {
        Cell[] as; Cell a; int n; long v;
        if ((as = cells) != null && (n = as.length) > 0) {
            if ((a = as[(n - 1) & h]) == null) {
                if (cellsBusy == 0) {       // Try to attach new Cell
                    Cell r = new Cell(x);   // Optimistically create
                    if (cellsBusy == 0 && casCellsBusy()) {
                        boolean created = false;
                        try {               // Recheck under lock
                            Cell[] rs; int m, j;
                            if ((rs = cells) != null &&
                                (m = rs.length) > 0 &&
                                rs[j = (m - 1) & h] == null) {
                                rs[j] = r;
                                created = true;
                            }
                        } finally {
                            cellsBusy = 0;
                        }
                        if (created)
                            break;
                        continue;           // Slot is now non-empty
                    }
                }
                collide = false;
            }
            else if (!wasUncontended)       // CAS already known to fail
                wasUncontended = true;      // Continue after rehash
            else if (a.cas(v = a.value, ((fn == null) ? v + x :
                                         fn.applyAsLong(v, x))))
                break;
            else if (n >= NCPU || cells != as)
                collide = false;            // At max size or stale
            else if (!collide)
                collide = true;
            else if (cellsBusy == 0 && casCellsBusy()) {
                try {
                    if (cells == as) {      // Expand table unless stale
                        Cell[] rs = new Cell[n << 1];
                        for (int i = 0; i < n; ++i)
                            rs[i] = as[i];
                        cells = rs;
                    }
                } finally {
                    cellsBusy = 0;
                }
                collide = false;
                continue;                   // Retry with expanded table
            }
            h = advanceProbe(h);
        }
        else if (cellsBusy == 0 && cells == as && casCellsBusy()) {
            boolean init = false;
            try {                           // Initialize table
                if (cells == as) {
                    Cell[] rs = new Cell[2];
                    rs[h & 1] = new Cell(x);
                    cells = rs;
                    init = true;
                }
            } finally {
                cellsBusy = 0;
            }
            if (init)
                break;
        }
        else if (casBase(v = base, ((fn == null) ? v + x :
                                    fn.applyAsLong(v, x))))
            break;                          // Fall back on using base
    }
}

代码较长，我们分段来分析，首先介绍一下各部分的内容

• 第一部分：for循环之前的代码，主要是获取线程的hash值，如果是0的话就强制初始化

• 第二部分：for循环中第一个if语句，在Cell数组中进行累加、扩容

• 第三部分：for循环中第一个else if语句，这部分的作用是创建Cell数组并初始化

• 第四部分：for循环中第二个else if语句，当Cell数组竞争激烈时尝试在base上进行累加

线程hash值

int h; 
if ((h = getProbe()) == 0) { 
    ThreadLocalRandom.current(); // force initialization 
    h = getProbe(); 
    wasUncontended = true;   // true表示没有竞争
} 
boolean collide = false; // True if last slot nonempty 可以理解为是否需要扩容

这部分的核心代码是getProbe方法，这个方法的作用就是获取线程的hash值，方便后面通过位运算定位到Cell数组中某个位置，如果是0的话就会进行强制初始化

初始化Cell数组

final void longAccumulate(long x, LongBinaryOperator fn,
                          boolean wasUncontended) {
    // 省略...
    for (;;) {
        Cell[] as; Cell a; int n; long v;
        if ((as = cells) != null && (n = as.length) > 0) {
            // 省略...
        }
        else if (cellsBusy == 0 && cells == as && casCellsBusy()) {  // 获取锁
            boolean init = false;  // 初始化标志
            try {                           // Initialize table
                if (cells == as) {
                    Cell[] rs = new Cell[2];  // 创建Cell数组
                    rs[h & 1] = new Cell(x);  // 索引1位置创建Cell元素，值为x=1
                    cells = rs;   // cells指向新数组
                    init = true;  // 初始化完成
                }
            } finally {
                cellsBusy = 0;  // 释放锁
            }
            if (init)
                break;  // 跳出循环
        }
        else if (casBase(v = base, ((fn == null) ? v + x :
                                    fn.applyAsLong(v, x))))
            break;                          // Fall back on using base
    }
}

第一种情况下Cell数组为null，所以会进入第一个else if语句，并且没有其他线程进行操作，所以cellsBusy==0，cells==as也是true，casCellsBusy()尝试对cellsBusy进行cas操作改成1也是true。

首先创建了一个有两个元素的Cell数组，然后通过线程h & 1 的位运算在索引1的位置设置一个value为1的Cell，然后重新赋值给cells，标记初始化成功，修改cellsBusy为0表示释放锁，最后跳出循环，初始化操作就完成了。

对base进行累加

final void longAccumulate(long x, LongBinaryOperator fn,
                          boolean wasUncontended) {
    // 省略...
    for (;;) {
        Cell[] as; Cell a; int n; long v;
        if ((as = cells) != null && (n = as.length) > 0) {
            // 省略...
        }
        else if (cellsBusy == 0 && cells == as && casCellsBusy()) {
            // 省略...
        }
        else if (casBase(v = base, ((fn == null) ? v + x :
                                    fn.applyAsLong(v, x))))
            break;                          // Fall back on using base
    }
}

第二个else if语句的意思是当Cell数组中所有位置竞争都很激烈时，就尝试在base上进行累加，可以理解为最后的保障

Cell数组初始化之后

final void longAccumulate(long x, LongBinaryOperator fn,
                          boolean wasUncontended) {
    // 省略...
    for (;;) {
        Cell[] as; Cell a; int n; long v;
        if ((as = cells) != null && (n = as.length) > 0) {  // as初始化之后满足条件
            if ((a = as[(n - 1) & h]) == null) {  // as中某个位置的值为null
                if (cellsBusy == 0) {       // Try to attach new Cell 是否加锁
                    Cell r = new Cell(x);   // Optimistically create 创建新Cell
                    if (cellsBusy == 0 && casCellsBusy()) { // 双重检查是否有锁，并尝试加锁
                        boolean created = false;  // 
                        try {               // Recheck under lock
                            Cell[] rs; int m, j;
                            if ((rs = cells) != null &&
                                (m = rs.length) > 0 &&
                                rs[j = (m - 1) & h] == null) {  // 重新检查该位置是否为null
                                rs[j] = r;  // 该位置添加Cell元素
                                created = true;  // 新Cell创建成功
                            }
                        } finally {
                            cellsBusy = 0;  // 释放锁
                        }
                        if (created)
                            break;  // 创建成功，跳出循环
                        continue;           // Slot is now non-empty
                    }
                }
                collide = false;  // 扩容标志
            }
            else if (!wasUncontended)       // 上面定位到的索引位置的值不为null
                wasUncontended = true;      // 重新计算hash，重新定位其他索引位置重试
            else if (a.cas(v = a.value, ((fn == null) ? v + x :
                                         fn.applyAsLong(v, x))))  // 尝试在该索引位置进行累加
                break;
            else if (n >= NCPU || cells != as)  // 如果数组长度大于等于CPU核心数，就不能在扩容
                collide = false;            // At max size or stale
            else if (!collide)  // 数组长度没有达到最大值，修改扩容标志可以扩容
                collide = true;
            else if (cellsBusy == 0 && casCellsBusy()) { // 尝试加锁
                try {
                    if (cells == as) {      // Expand table unless stale
                        Cell[] rs = new Cell[n << 1];  // 创建一个原来长度2倍的数组
                        for (int i = 0; i < n; ++i)
                            rs[i] = as[i];  // 把原来的元素拷贝到新数组中
                        cells = rs;  // cells指向新数组
                    }
                } finally {
                    cellsBusy = 0;  // 释放锁
                }
                collide = false;  // 已经扩容完成，修改标志不用再扩容
                continue;                   // Retry with expanded table
            }
            h = advanceProbe(h);  // 重新获取hash值
        }
        // 省略...
}

根据代码中的注释分析一遍整体逻辑

• 首先如果找到数组某个位置上的值为null，说明可以在这个位置进行操作，就创建一个新的Cell并初始化值为1放到这个位置，如果失败了就重新计算hash值再重试

• 定位到的位置已经有值了，说明线程之间产生了竞争，如果wasUncontended是false就修改为true，并重新计算hash重试

• 定位的位置有值并且wasUncontended已经是true，就尝试在该位置进行累加

• 当累加失败时，判断数组容量是否已经达到最大，如果是就不能进行扩容，只能rehash并重试

• 如果前面条件都不满足，并且扩容标志collide标记为false的话就修改为true，表示可以进行扩容，然后rehash重试

• 首先尝试加锁，成功了就进行扩容操作，每次扩容长度是之前的2倍，然后把原来数组内容拷贝到新数组，扩容就完成了。