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[java] 什么是伪共享?

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技术达人

发表于 2021-1-12 19:46:37 | 显示全部楼层 |阅读模式
CPU缓存行
缓存是由缓存行组成的,通常是 64 字节(常用处理器的缓存行是 64 字节的,比较旧的处理器缓存行是 32 字节),并且它有效地引用主内存中的一块地址。
一个 Java 的 long 类型是 8 字节,因此在一个缓存行中可以存 8 个 long 类型的变量。
在程序运行的过程中,缓存每次更新都从主内存中加载连续的 64 个字节。因此,如果访问一个 long 类型的数组时,当数组中的一个值被加载到缓存中时,另外 7 个元素也会被加载到缓存中。
但是,如果使用的数据结构中的项在内存中不是彼此相邻的,比如链表,那么将得不到免费缓存加载带来的好处。
不过,这种免费加载也有一个坏处。设想如果我们有个 long 类型的变量 a,它不是数组的一部分,而是一个单独的变量,并且还有另外一个 long 类型的变量 b 紧挨着它,那么当加载 a 的时候将免费加载 b。
看起来似乎没有什么毛病,但是如果一个 CPU 核心的线程在对 a 进行修改,另一个 CPU 核心的线程却在对 b 进行读取。
当前者修改 a 时,会把 a 和 b 同时加载到前者核心的缓存行中,更新完 a 后其它所有包含 a 的缓存行都将失效,因为其它缓存中的 a 不是最新值了。
而当后者读取 b 时,发现这个缓存行已经失效了,需要从主内存中重新加载。
请记住,我们的缓存都是以缓存行作为一个单位来处理的,所以失效 a 的缓存的同时,也会把 b 失效,反之亦然。

这样就出现了一个问题,b 和 a 完全不相干,每次却要因为 a 的更新需要从主内存重新读取,它被缓存未命中给拖慢了。
这就是传说中的伪共享。

当多线程修改互相独立的变量时,如果这些变量共享同一个缓存行,就会无意中影响彼此的性能,这就是伪共享。

避免伪共享方法:
(1)在两个 long 类型的变量之间再加 7 个 long 类型
(2)重新创建自己的 long 类型,而不是 java 自带的 long
(3)使用 @sun.misc.Contended 注解(java8)

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