Java LongAdder的base与cells数组的求和逻辑

Java并发包中的LongAdder类用于在高并发场景下高效地实现计数功能。其核心机制依赖于两个关键部分：base字段和cells数组。理解它们的求和逻辑对于掌握LongAdder的工作原理至关重要。

1. LongAdder的结构

LongAdder继承自Striped64类，内部维护两个主要成员：

• base：一个volatile long类型的变量，用于存储低竞争情况下的计数值。
• cells：一个Striped64.Cell类型的数组，用于存储高竞争情况下的分片计数值。

Striped64.Cell是Striped64的内部类，包含一个volatile long value字段，用于存储每个分片的计数值。

2. base字段的作用

base字段是LongAdder的初始计数值存储位置。当并发程度较低时，所有更新操作都会直接操作base字段，避免创建cells数组带来的额外开销。

3. cells数组的作用

当并发程度较高时，LongAdder会创建cells数组，将计数值分散到不同的分片中。每个线程会根据其哈希码选择一个Cell进行更新，从而减少竞争。

4. 求和逻辑的详细步骤

当调用LongAdder的sum()方法获取当前总和时，会执行以下步骤：

4.1 读取base值

获取当前总和时，首先读取base字段的值。由于base是volatile类型，读取操作具有可见性保证。

long b = base;

4.2 检查cells数组是否存在

判断cells数组是否为空。如果数组为空，说明没有并发竞争，直接返回base的值。

if (cells == null)
    return b;

4.3 遍历cells数组

如果cells数组不为空，遍历数组中的每个Cell元素，将每个Cell的value字段值累加到总和上。

long sum = b;
Striped64.Cell[] cs = cells;
for (int i = 0; i < cs.length; ++i) {
    long v = cs[i].value;
    sum += v;
}

4.4 返回总和

返回累加后的总和值，即base的值加上所有Cell的value值之和。

return sum;

5. 并发场景下的求和处理

在并发更新过程中，cells数组可能被动态扩容。求和操作会读取cells数组的当前状态，即使此时有其他线程在修改cells数组或其中的Cell值，volatile保证的可见性确保求和操作能够获取到相对一致的结果。

6. 示例代码

以下是一个简化的sum()方法实现，展示了上述求和逻辑：

public long sum() {
    long sum = base;
    Striped64.Cell[] cs = cells;
    if (cs != null) {
        for (int i = 0; i < cs.length; ++i) {
            long v = cs[i].value;
            sum += v;
        }
    }
    return sum;
}

通过上述步骤，LongAdder能够在高并发环境下高效地计算计数值的总和，同时通过base和cells的协同工作，平衡了低竞争和高竞争场景下的性能需求。