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Java中 LongAdder 相比 Striped64 类的分段锁设计哲学

云丽姑娘_5968

云丽姑娘_5968

发布时间:2026-07-25 14:27:21

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来源于php中文网

原创

LongAdder基于Striped64实现分段CAS无锁设计,通过cell数组分散写竞争,牺牲强一致性换取高吞吐;Striped64为抽象基类,仅用CAS和volatile,不涉及任何锁机制。

java中 longadder 相比 striped64 类的分段锁设计哲学

LongAdder 并不是基于 Striped64 的分段锁,而是基于 Striped64 的分段 CAS(无锁)设计,其核心哲学是“空间换时间 + 热点分散”,而非锁的分段。

Striped64 是基础框架,不是锁机制

Striped64 是一个抽象基类,提供 cell 数组、base 值、以及用于竞争时扩容/初始化的伪随机 probe 值。它本身不实现任何锁逻辑,也不使用 synchronized 或 ReentrantLock。它的所有并发控制都依赖于 Unsafe.compareAndSwapLong(即 CAS)和 volatile 读写。

LongAdder 继承自 Striped64,复用其 cell 分片结构,但所有更新操作(如 add())全程无锁——仅在低竞争时直接 CAS base;高竞争时尝试 CAS 对应 cell,失败则重试或扩容 cell 数组。

LongAdder 放弃强一致性,换取高吞吐

与 AtomicLong 的严格顺序一致性不同,LongAdder 的 sum() 方法需遍历所有 cell 并累加 base,结果是最终一致、非实时精确值。这种设计允许:

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  • 多个线程同时向不同 cell 写入,零冲突
  • add() 操作几乎总能快速完成(通常一次 CAS 成功)
  • sum() 虽然开销略大,但被限定为读多写少场景下的“代价可控”操作

对比 AtomicLong:不是锁 vs 锁,而是单点瓶颈 vs 并行热点

AtomicLong 的问题不在“用了锁”,而在所有线程争抢同一个 volatile long 变量——本质是单点 CAS 竞争瓶颈。而 LongAdder 通过 cell 数组把写压力分散到多个独立内存位置:

  • 每个 cell 是独立的 volatile long,彼此无依赖
  • 线程根据 thread-local probe 值哈希定位 cell,天然降低碰撞概率
  • cell 数组可动态扩容(最多到 CPU 核心数),适配实际并发度

为什么不用分段锁?因为没必要且更重

如果真用分段锁(比如按 hash 分段加 synchronized 块),会引入:

  • 锁对象创建与管理开销
  • 线程阻塞与上下文切换风险
  • 锁粒度难以平衡:太粗仍竞争,太细则锁表膨胀

而 Striped64 的 CAS 分片方案,在绝大多数场景下既避免了阻塞,又比锁更轻量——只要硬件支持原子 CAS(现代 CPU 全支持),就能跑起来。

本质上,LongAdder 的设计不是“把锁分段”,而是“把状态分片 + 用无锁方式更新”。它代表了一种典型的高性能并发编程取舍:牺牲瞬时精度,换取极高写吞吐和极低延迟。

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