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偽共享(False Sharing)

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偽共享(False Sharing)

在對稱多處理器(SMP)系統中,每個處理器均有一個本地高速緩存。內存系統必須保證高速緩存的一致性。
當不同處理器上的線程修改駐留在同一高速緩存行中的變量時就會發生假共享,結果導致高速緩存行無效,并強制執行更新,進而影響系統性能。
如圖:


false-sharing.gif

線程0和線程1會用到不同變量,它們在內存中彼此相鄰,并駐留在同一高速緩存行。高速緩存行被加載到CPU0和CPU1的高速緩存中(灰色箭頭)。
盡管這些線程修改的是不同變量(紅色和藍色箭頭),高速緩存行仍會無效,并強制內存更新以維持高速緩存的一致性。

緩存系統中是以緩存行(cacheline)為單位存儲的。緩存行是2的整數冪個連續字節,一般為32-256個字節。最常見的緩存行大小是64個字節。一個Java的long類型是8字節,因此在一個緩存行中可以存8個long類型的變量。所以,如果你訪問一個long數組,當數組中的一個值被加載到緩存中,它會額外加載另外7個,這會帶來一些優勢。但是也有偽共享問題,比如兩個線程,修改long數組的第一個與第七個,會頻發發生緩存失效,影響性能。解決辦法就是填充,在JDK8中提供了@sun.misc.Contended注解來避免偽共享,
如Striped64類中的Cell:

/** * Padded variant of AtomicLong supporting only raw accesses plus CAS. * * JVM intrinsics note: It would be possible to use a release-only * form of CAS here, if it were provided. */ @sun.misc.Contended static final class Cell { volatile long value; Cell(long x) { value = x; } final boolean cas(long cmp, long val) { return UNSAFE.compareAndSwapLong(this, valueOffset, cmp, val); } // Unsafe mechanics private static final sun.misc.Unsafe UNSAFE; private static final long valueOffset; static { try { UNSAFE = sun.misc.Unsafe.getUnsafe(); Class ak = Cell.class; valueOffset = UNSAFE.objectFieldOffset (ak.getDeclaredField("value")); } catch (Exception e) { throw new Error(e); } } }

還有ConcurrentHashMap中的CounterCell:

/** * A padded cell for distributing counts. Adapted from LongAdder * and Striped64. See their internal docs for explanation. */ @sun.misc.Contended static final class CounterCell { volatile long value; CounterCell(long x) { value = x; } }

偽共享(FalseSharing)
避免并發現線程之間的假共享
偽共享(FalseSharing)和緩存行(CacheLine)大雜燴
偽共享(falsesharing),并發編程無聲的性能殺手
Java8使用@sun.misc.Contended避免偽共享

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