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FalseSharing

CPU缓存架构

• CPU 和主内存间有好几级缓存，
  • 直接访问主内存很慢
• 若对一块数据做相同的运算多次，执行运算时把它加载到离 CPU 很近的地方
• 如循环计数，不想每次循环都跑到主内存去取这个数据来增长它吧。

• L1 很小很快，紧靠着在使用它的 CPU 内核。
• L2 大些，慢些，只能被一个单独的核使用。
• L3 在现代多核机器中更普遍，更大，更慢，且被单个插槽上的所有CPU核共享。
• 主存保存着程序运行的所有数据，更大，更慢，
  • 由全部插槽上的所有 CPU 核共享。
• CPU运算时，先去L1找，再去L2，然后L3，
  • 最后如果这些缓存中都没有，所需的数据就要去主内存拿。
  • 走得越远，运算耗时就越长。
• so 若进行很频繁的运算，要确保数据在 L1 缓存。

CPU缓存行

• 缓存由缓存行组成，常64字节（旧的处理器缓存行32）

  • 它有效地引用主内存中的一块地址。

• 一个缓存行中可存 8 个 java的long

  

• 程序运行时，缓存每次更新都从主内存中加载连续64

• 设想有个long型a，是单独的变量，另个long 型变量 b 挨着它，

  • 当加载a时将免费加载b。

• 若核的线程在对 a 改，另一个核的线程却对 b 读。

• 当前者改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。
    

• 这就出现问题，

• b 和 a 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。

• 此即传说中的伪共享。

伪共享

• 当多线程修改互相独立的变量时，若这些变量共享同一个缓存行，就会无意中影响彼此的性能，
  • 即伪共享。
• 下面例子说明了伪共享是咋肥事。

public class FalseSharingTest {
       public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
           testPointer(new Pointer());    }    private static void testPointer(Pointer pointer) throws InterruptedException {
           long start = System.currentTimeMillis();        Thread t1 = new Thread(() -> {
               for (int i = 0; i < 100000000; i++) {
                   pointer.x++;            }        });        Thread t2 = new Thread(() -> {
               for (int i = 0; i < 100000000; i++) {
                   pointer.y++;            }        });        t1.start();        t2.start();        t1.join();        t2.join();        System.out.println(System.currentTimeMillis() - start);        System.out.println(pointer);    }}class Pointer {
       volatile long x;    volatile long y;}

• 声明Pointer类，含x和y （必须声明为volatile，保证可见性，关于内存屏障后面再讲），一个线程对 x 自增1亿，一个线程对 y 自增1亿。
• x 和 y 没关系，但更新 x 时会把其它包含 x 的缓存行失效，同时也就失效了 y，运行这段程序输出的时间为3890ms。

避免伪共享

• 一个缓存行64 字节，
• long 8 字节，
• 避免伪共享很简单

在两个 long 类型的变量之间再加 7 个 long 类型

• 把Pointer改成下面

class Pointer {    volatile long x;    long p1, p2, p3, p4, p5, p6, p7;    volatile long y;}

• 运行程序，时间为695

重新创建自己的 long 类型，而不是 java 自带的 long

• 修改Pointer

class Pointer {
       MyLong x = new MyLong();    MyLong y = new MyLong();}class MyLong {
       volatile long value;    long p1, p2, p3, p4, p5, p6, p7;}

• pointer.x++; 改pointer.x.value++;，pointer.y++; 改为pointer.y.value++;，
• 间724

使用 @sun.misc.Contended 注解（java8）

• 修改 MyLong 如下：

@sun.misc.Contendedclass MyLong {
       volatile long value;}

• 默认使用这个注解是无效的，需要在JVM启动参数加上-XX:-RestrictContended才生效，，
• 再次运行程序718ms。
• 以上三种方式中的前两种是通过加字段的形式实现的，加的字段没有地方使用，
  • 可能会被jvm优化掉，建议用第三种。

参考链接

• https://www.jianshu.com/p/7758bb277985

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