Java中的伪共享(false sharing)

灰太狼 2020-11-06 12:51 549阅读 0赞

## Java中的伪共享(false sharing) ##

**1.引入**  
最近在看JVM最新的一版，挺不错的比之前的第二版增加介绍了jdk8之后JVM的改变等。（推荐大家去看！！！）然后在卡表哪里提到了伪共享，于是就有了下面的文章了。（可能有很多大佬都写过了，我在来写一遍，加强我自己的理解吧。）

**2.什么是伪共享？**  
维基百科对于伪共享的解释：CPU的缓存是以缓存行(cache line)为单位进行缓存的，当多个线程修改不同变量，而这些变量又处于同一个缓存行时就会影响彼此的性能。例如：线程1和线程2共享一个缓存行，线程1只读取缓存行中的变量1，线程2修改缓存行中的变量2，虽然线程1和线程2操作的是不同的变量，由于变量1和变量2同处于一个缓存行中，当变量2被修改后，缓存行失效，线程1要重新从主存中读取，因此导致缓存失效，从而产生性能问题。为了更深入一步理解伪共享，我们先看一下CPU缓存。  
总体来说就是线程同时访问缓存行导致了，数据在缓存行里的缓存数据失效。

**3.java中的伪共享问题**

private static final int DIMENSION_1 = 1024 * 1024;
        private static final int DIMENSION_2 = 62;
    
        private static long[][] longs;
    
        public static void main(String[] args) throws Exception { 
            longs = new long[DIMENSION_1][];
            for (int i = 0; i < DIMENSION_1; i++) { 
                longs[i] = new long[DIMENSION_2];
                for (int j = 0; j < DIMENSION_2; j++) { 
                    longs[i][j] = 0L;
                }
            }
            System.out.println("starting....");
    
            final long start = System.currentTimeMillis();
            long sum = 0L;
            for (int r = 0; r < 10; r++) { 
    
                // 1----------------------------
                for (int j = 0; j < DIMENSION_2; j++) { 
                    for (int i = 0; i < DIMENSION_1; i++) { 
                        sum += longs[i][j];
                    }
                }
                // 2----------------------------
    
                // 3----------------------------
    // for (int i = 0; i < DIMENSION_1; i++) { 
    // for (int j = 0; j < DIMENSION_2; j++) { 
    // sum += longs[i][j];
    // }
    // }
                // 4----------------------------
            }
            System.out.println("执行时间 = " + (System.currentTimeMillis() - start));
        }

3-4行快得到原因：

3-4行运算，每次开始内循环时，从内存抓取的数据块实际上覆盖了longs[i][0]到longs[i][5]的全部数据（刚好64字节）。
    因此，内循环时所有的数据都在L1缓存可以命中，遍历将非常快。

1-2行慢的原因：

1-2行运算，每次从内存抓取的都是同行不同列的数据块（如longs[i][0]到longs[i][5]的全部数据），但循环下一个的目标，
    却是同列不同行（如longs[0][0]下一个是longs[1][0]，造成了longs[0][1]-longs[0][5]无法重复利用

**4.java中的伪共享问题**  
Java 8 中已经提供了官方的解决方案，Java 8 中新增了一个注解： @sun.misc.Contended。加上这个注解的类会自动补齐缓存行，需要注意的是此注解默认是无效的，需要在 jvm 启动时设置 -XX:-RestrictContended 才会生效。  
同时ConcurrentHashMap 中也用到了这个@sun.misc.Contended 注解来解决伪共享。

/** * 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; }
        }

-XX:+UseCondCardMark，用来决定是否开启 卡表更新的条件判断。这个是解决内存回收时的卡表判断数据是否是需要回收的数据，来解决伪共享问题。

但是实际开发中一般很难遇到。如果真的遇到了，那将是一个奇怪知识爆增的时机。