一、功能描述

LongAdder通过创建多个副本对象，解决了多线程使用CAS更新同一个对象造成的CPU阻塞，加快了对线程处理的速度。当多个线程同一时刻更新一个AtomicLong类型的变量时，只有一个线程能够更新成功，其他线程则更新失败，继续尝试更新。

当使用LongAdder类型的变量时，由于副本数组的存在，线程不一定直接更新变量的本身而是更新副本数组，这样多线程请求的对象变多了，从而减少了更新时间，当需要使用变量值时，返回的值是基础变量的值加上数组内每一个副本的值的和。

二、源码解读

LongAdder继承自Striped64并实现了Serializable接口，而在Striped64类中有一个Cell类

2.1 add方法分析

首先从LongAdder类的add方法入手

public void add(long x) {
    Cell[] as; long b, v; int m; Cell a;
    if ((as = cells) != null || !casBase(b = base, b + x)) {
        boolean uncontended = true;
        if (as == null || (m = as.length - 1) < 0 ||
            (a = as[getProbe() & m]) == null ||
            !(uncontended = a.cas(v = a.value, v + x)))
            longAccumulate(x, null, uncontended);
    }
}

从上面的代码可以看到LongAdder的实现主要依靠的是cells数组，如果cells数组为空的话，则尝试使用cas更新基础变量base，如果成功了，则add成功，方法结束，如果cas更新base失败了，则证明此时有其他线程参与base变量的更新，此后的处理与cells不为空一致（如果cells不为空，则在此次方法执行前就已经有多线程参与了更新）。
当cells数组不为空或者更新base变量失败后，则转而更新cells数组中的副本，此时先判断cells数组是否为空或长度为0，如果为空或长度为0则说明这是第一次操作cells数组，应先初始化cells数组，因此调用方法longAccumulate(x, null, true);
如果cells数组不为空，则尝试直接访问数组中的副本，getProbe方法代码：

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

从上面代码可以看到getProbe方法获取了当前线程内的PROBE变量，而PROBE定义在Striped64类中

private static final long PROBE;
    static {
        try {
            UNSAFE = sun.misc.Unsafe.getUnsafe();
            Class<?> sk = Striped64.class;
            BASE = UNSAFE.objectFieldOffset
                (sk.getDeclaredField("base"));
            CELLSBUSY = UNSAFE.objectFieldOffset
                (sk.getDeclaredField("cellsBusy"));
            Class<?> tk = Thread.class;
            PROBE = UNSAFE.objectFieldOffset
                (tk.getDeclaredField("threadLocalRandomProbe"));
        } catch (Exception e) {
            throw new Error(e);
        }
    }

从上面的代码可以看出PROBE来自于Thread类的threadLocalRandomProbe变量，是一个线程级变量。getProbe() & m则是获取当前要更新的cell，如果cell为空的话则调用longAccumulate(x, null, true);方法设置cell的值，如果cell不为空的话则使用cas直接更新cell的值，并将更新结果保存在uncontended中，如果uncontended的值为false(即cas更新失败了，此时应该有多个线程同时访问了一个cell)，那么继续调用longAccumulate(x, null, false);方法。

2.2 longAccumulate方法分析

从上面的add方法可以看到，getProbe()取得了Thread类中的threadLocalRandomProbe变量，而threadLocalRandomProbe变量的初始值为0，因为getProbe()方法参与了多线程访问哪一个cell的定位，因此getProbe()的值不可能为0，那么threadLocalRandomProbe变量是在哪里赋值的呢？
在add方法中观察到，没当方法进行不下去时（base变量更新失败，cells为空，cell更新失败），都会调用longAccumulate方法，因此longAccumulate一定是涉及了cells数组的初始化和扩容，观察longAccumulate方法代码：

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;
                // 此处进行数组的扩容
                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);
            }
            // 此处进行数组的初始化
            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
        }
    }

longAccumulate代码的设计非常复杂，刚进入方法的代码进行了threadLocalRandomProbe变量的初始化

int h;
if ((h = getProbe()) == 0) {
    ThreadLocalRandom.current(); // force initialization
    h = getProbe();
    wasUncontended = true;
}

如果getProbe()取得的值为0，说明threadLocalRandomProbe变量并未被初始化过，此时调用ThreadLocalRandom.current();方法进行初始化，并且将参数wasUncontended设置为true。ThreadLocalRandom.current()方法代码：

public static ThreadLocalRandom current() {
    if (UNSAFE.getInt(Thread.currentThread(), PROBE) == 0)
        localInit();
    return instance;
}

static final void localInit() {
    int p = probeGenerator.addAndGet(PROBE_INCREMENT);
    int probe = (p == 0) ? 1 : p; // skip 0
    long seed = mix64(seeder.getAndAdd(SEEDER_INCREMENT));
    Thread t = Thread.currentThread();
    UNSAFE.putLong(t, SEED, seed);
    UNSAFE.putInt(t, PROBE, probe);
}

此时发现，threadLocalRandomProbe变量的初始化实在ThreadLocalRandom类中进行的，使用ThreadLocalRandom类的好处是为每一个线程维护一个随机数种子，不涉及多线程竞争种子的问题。而在longAccumulate方法中初始化threadLocalRandomProbe变量是一种延迟初始化的操作，如果cells为空，即使threadLocalRandomProbe变量有值也是没有意义的。

从上面add方法调用longAccumulate处可以发现，cells数组为null或当前线程要更新的cell为null时wasUncontended的值为true，如果更新cell失败，则cell的值为false，那么wasUncontended的值一定是cells数组进行扩容的依据。

因为是多个线程同时操作cells数组，那么对数组的初始化和扩容一定只能由一个线程来完成，因此定义了cellsBusy变量，当检测到cellsBusy的值为0并使用casCellsBusy()方法成功将其设置为1后才可以进行初始化和扩容操作。数组的初始化将cells长度设置为2，并且初始化将要访问的cell，另一个cell则保持默认值null,完成后将cellsBusy的值重新设置为0，方便其他线程之后进行扩容（此处设置并不是cas操作，因为当前初始化代码只有一个线程能执行到）。

而扩容要检查当前cells数组的长度小于cpu的个数时才可以进行（当数组当都等于cpu个数时效率才最高），扩容操作完成后调用advanceProbe()方法从新计算threadLocalRandomProbe变量的值，以减少访问celll冲突的个数。

另外，在定义Cell类时使用了@sun.misc.Contended注解，这样保证了一个Cell类对象占满一个缓存行，从而避免了伪共享问题，提升了性能。