怎么利用 LongAdder 的 Cell 自动动态扩容算法在高核服务器上规避缓存行伪共享(False Sharing)

千雪姑娘_4143

千雪姑娘_4143

2026-04-24

924人浏览

原创

LongAdder的Cell扩容是竞争触发的懒加载,由cellsBusy自旋锁控制,初始长度为2、倍增扩容,@Contended注解通过JVM填充规避伪共享。

怎么利用 longadder 的 cell 自动动态扩容算法在高核服务器上规避缓存行伪共享(false sharing)

LongAdder 的 Cell 扩容不是“自动”的,而是竞争触发的懒加载+自旋控制

很多人误以为 LongAdder 会像 ConcurrentHashMap 那样定期或定时扩容。实际上,cells 数组从 null 开始,只有在首次 CAS 更新 base 失败(即检测到竞争)时,才尝试初始化;后续扩容也只在 longAccumulate 内部、且当前线程哈希槽位冲突严重时发生。

关键控制变量是 cellsBusy:它用 CAS 实现轻量级自旋锁,值为 0 表示可安全初始化或扩容,非 0 则说明有其他线程正在操作数组结构。这避免了重量级锁,但也意味着扩容时机完全由竞争节奏决定,而非 CPU 核数预设。

  • 初始 cells 长度为 2(不是 1),之后每次扩容都是 2 倍(如 2 → 4 → 8 → 16…)
  • 扩容前会检查当前长度是否已 ≥ CPU 核数(通过 Runtime.getRuntime().availableProcessors()),但不强制对齐——这是常见误解
  • 扩容失败(如 cellsBusy 竞争激烈)时,线程可能退回到更新 base,造成短暂热点回退

@Contended 是规避伪共享的硬性保障,不是可选优化

@sun.misc.Contended 注解是 Cell 类生效的关键。它让 JVM 在 Cell 对象前后各填充 128 字节(JVM 8u60+ 默认启用),确保每个 Cell 实例独占至少一个缓存行(64 字节),彻底切断相邻 Cell 之间的缓存行干扰。

但这个机制依赖 JVM 启动参数:-XX:+UseContended(默认开启),否则注解被忽略,Cell 仍按紧凑布局,伪共享风险回归。

  • 不要手动实现类似 padding:JVM 对 @Contended 的填充策略更稳定,且与 GC 兼容
  • 自定义类加 @Contended 需指定组名(如 @Contended("cell")),但 LongAdder 内部 Cell 是无组名的默认组,已足够隔离
  • 在容器化环境(如 Docker)中,若 JVM 未正确识别宿主机 CPU 数,@Contended 仍有效——它作用于单个对象内存布局,与核数无关

高核服务器上真正影响伪共享规避效果的是线程哈希分布,不是 Cell 数量

LongAdder 使用 Thread.currentThread().getThreadLocalRandom().nextSecondarySeed()(或 UNSAFE.getInt(Thread, PROBE))生成线程探针值,再通过 (h ^ (h 计算索引。这个哈希逻辑本身不保证均匀,尤其当 cells.length 较小时,多个线程容易哈希到同一 Cell。

因此,在 64 核以上服务器上,如果并发写线程远少于核数(比如仅 8 个线程持续累加),cells 可能长期停留在长度 2 或 4,导致少数几个 Cell 承担全部压力,伪共享虽被单个 Cell 规避,但 CAS 冲突并未减少。

  • 观察 cells 实际长度:可通过反射读取 LongAdder.cells.length,确认是否随竞争上升
  • 避免“低线程高核”场景下盲目信任:此时 AtomicLong 可能反而更稳——因为无数组维护开销,且伪共享影响已被现代 JVM 缓存优化部分缓解
  • 若业务可预估峰值线程数,可在初始化后主动触发一次 add(0) 多次,诱导扩容至接近该数量的 2 的幂次

sum() 返回值不是强一致快照,高并发读写混合时需接受误差

sum() 方法遍历 cells 数组并累加所有非空 Cell.value,再加上 base。整个过程无锁,也不冻结数组状态。这意味着:

  • 遍历时某个 Cell 正被其他线程 CAS 更新,sum() 可能读到旧值或新值,属于正常行为
  • 若某线程刚完成扩容但尚未写入新 Cell,sum() 不会包含该次增量
  • 误差范围理论上 ≤ 当前活跃写线程数 × 单次增量(通常为 1),实践中在吞吐优先场景下可接受

这不是 bug,而是设计取舍:用最终一致性换掉读路径的锁开销和缓存行同步成本。如果你需要精确瞬时值,LongAdder 不适用——得切回 ReentrantLock 包裹的普通 long,或接受性能惩罚。

PHP速学视频免费教程(入门到精通)
PHP速学视频免费教程(入门到精通)

PHP怎么学习?PHP怎么入门?PHP在哪学?PHP怎么学才快?不用担心,这里为大家提供了PHP速学教程(入门到精通),有需要的小伙伴保存下载就能学习啦!

下载

相关标签:

本站声明:本文内容由网友自发贡献,版权归原作者所有,本站不承担相应法律责任。如您发现有涉嫌抄袭侵权的内容,请联系admin@php.cn

相关专题

更多
java
java

Java是一个通用术语,用于表示Java软件及其组件,包括“Java运行时环境 (JRE)”、“Java虚拟机 (JVM)”以及“插件”。php中文网还为大家带了Java相关下载资源、相关课程以及相关文章等内容,供大家免费下载使用。

2023.06.15

12137

6

java正则表达式语法
java正则表达式语法

java正则表达式语法是一种模式匹配工具,它非常有用,可以在处理文本和字符串时快速地查找、替换、验证和提取特定的模式和数据。本专题提供java正则表达式语法的相关文章、下载和专题,供大家免费下载体验。

2023.07.05

9242

9

java自学难吗
java自学难吗

Java自学并不难。Java语言相对于其他一些编程语言而言,有着较为简洁和易读的语法,本专题为大家提供java自学难吗相关的文章,大家可以免费体验。

2023.07.31

7892

8

java配置jdk环境变量
java配置jdk环境变量

Java是一种广泛使用的高级编程语言,用于开发各种类型的应用程序。为了能够在计算机上正确运行和编译Java代码,需要正确配置Java Development Kit(JDK)环境变量。php中文网给大家带来了相关的教程以及文章,欢迎大家前来阅读学习。

2023.08.01

1284

3

java保留两位小数
java保留两位小数

Java是一种广泛应用于编程领域的高级编程语言。在Java中,保留两位小数是指在进行数值计算或输出时,限制小数部分只有两位有效数字,并将多余的位数进行四舍五入或截取。php中文网给大家带来了相关的教程以及文章,欢迎大家前来阅读学习。

2023.08.02

1028

3

java基本数据类型
java基本数据类型

java基本数据类型有:1、byte;2、short;3、int;4、long;5、float;6、double;7、char;8、boolean。本专题为大家提供java基本数据类型的相关的文章、下载、课程内容,供大家免费下载体验。

2023.08.02

1536

5

java有什么用
java有什么用

java可以开发应用程序、移动应用、Web应用、企业级应用、嵌入式系统等方面。本专题为大家提供java有什么用的相关的文章、下载、课程内容,供大家免费下载体验。

2023.08.02

3169

5

java在线网站
java在线网站

Java在线网站是指提供Java编程学习、实践和交流平台的网络服务。近年来,随着Java语言在软件开发领域的广泛应用,越来越多的人对Java编程感兴趣,并希望能够通过在线网站来学习和提高自己的Java编程技能。php中文网给大家带来了相关的视频、教程以及文章,欢迎大家前来学习阅读和下载。

2023.08.03

20431

3

配置java环境变量
配置java环境变量

配置Java环境变量是为了让操作系统能够识别和使用Java的相关命令和功能。本专题为大家提供配置java环境变量相关文章,帮助大家解决问题。

2023.08.03

1395

8

热门下载

更多
网站特效
/
网站源码
/
网站素材
/
前端模板

精品课程

更多
热门推荐
/
最新课程
phpStudy极速入门视频教程
phpStudy极速入门视频教程

共6课时 | 54.7万人学习

独孤九贱(4)_PHP视频教程
独孤九贱(4)_PHP视频教程

共89课时 | 134.1万人学习