Striped64：LongAdder并发控制机制深度解析

Striped类概述

Striped类是LongAdder实现并发控制的核心组件，主要采用了一种独特的缓存机制来解决多线程环境下的竞争问题。类图如下：

package cn.knightzz.atomic;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;/** * @author 王天赐 * @title: Striped64 * @projectName hm-juc-codes * @description: Striped64用于实现LongAdder的并发控制 * @website http://knightzz.cn/ * @github https://github.com/knightzz1998 * @create: 2022-08-08 20:32 */@Slf4j(topic = "Striped64")public class Striped64 {    // 累加单元数组, 懒惰初始化    transient volatile Cell[] cells;    // 基础值, 如果没有竞争, 则用 cas 累加这个域    transient volatile long base;    // 在 cells 创建或扩容时, 置为 1, 表示加锁    transient volatile int cellsBusy;    // 可用cpu数量    static final int NCPU = Runtime.getRuntime().availableProcessors();}

Striped64的核心机制

Striped64通过将内存划分为多个缓存行，利用每个线程独有的随机探测器（Probe）来分布处理累加请求，避免了传统的锁机制在高并发场景下的性能瓶颈。

CAS锁机制

Striped64采用了CAS（比较与交换）机制来实现锁。具体实现如下：

public class CasLock {    private static AtomicInteger state = new AtomicInteger(0);    public static void lock() {        while (true) {            if (state.compareAndSet(0, 1)) {                break;            }        }    }    public static void unlock() {        state.set(0);    }}

Striped64的Cell实现

Cell类是Striped64的核心单元，主要负责存储累加值并支持原子性更新。其实现如下：

public class Cell {    volatile long value;    Cell(long x) {        value = x;    }    final boolean cas(long cmp, long val) {        return UNSAFE.compareAndSwapLong(this, valueOffset, cmp, val);    }    private static final sun.misc.Unsafe UNSAFE;    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);        }    }}

Striped64的缓存与内存机制

Striped64通过将内存划分为多个64字节的缓存行，每个缓存行对应一个Cell对象。这种机制能够显著提升性能，原因如下：

缓存一致性：当一个CPU核心修改了某个缓存行中的数据时，其他CPU核心必须通过缓存一致性机制确保其缓存行的数据一致。

缓存行划分：一个缓存行通常可以存储多个Cell对象（如8个Cell对象占用一个缓存行）。

数据分布：通过随机探测器（Probe），每个线程对应一个独特的Cell对象，避免多线程竞争同一Cell对象。

Striped64的累加方法

Striped64的累加方法主要包括以下步骤：

初始化检查：首先检查是否已经初始化了cells数组。如果尚未初始化，则直接在base上进行累加。

原子性更新：如果cells数组已初始化，通过CAS机制尝试更新对应的Cell对象的值。如果成功，则完成累加操作；如果失败，则进入扩容流程。

扩容机制：当多个线程竞争激烈时，Striped64会自动扩容cells数组的大小，以减少重试次数和提高性能。

性能优化策略

Striped64通过以下机制实现了对高并发场景下的性能优化：

懒初始化：cells数组只有在检测到竞争时才会被初始化，减少了内存占用。

随机探测器：通过ThreadLocalRandom生成随机探测器值，确保每个线程对应的Cell对象分布均匀。

缓存行分配：每个缓存行存储多个Cell对象，充分利用CPU缓存带宽，避免多线程竞争同一Cell对象。

总结

Striped64通过创新的缓存与内存管理机制，结合CAS锁和懒初始化策略，实现了对高并发场景下的性能优化。其核心思想在于将内存划分为多个缓存行，每个线程对应一个独特的Cell对象，从而避免了传统锁机制的性能瓶颈。这种设计理念在现代并发控制中具有重要的参考价值。

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