伪共享和缓存行填充

什么是伪共享

关于伪共享讲解最清楚的是这篇文章《剖析Disruptor:为何会这么快？(三)伪共享》,我这里就直接摘抄其对伪共享的解释：

 

缓存系统中是以缓存行（cache line）为单位存储的。缓存行是2的整数幂个连续字节，通常为32-256个字节。最多见的缓存行大小是64个字节。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，就会无心中影响彼此的性能，这就是伪共享。缓存行上的写竞争是运行在SMP系统中并行线程实现可伸缩性最重要的限制因素。有 人将伪共享描述成无声的性能杀手，由于从代码中很难看清楚是否会出现伪共享。

为了让可伸缩性与线程数呈线性关系，就必须确保不会有两个线程往同一个变量或缓存行中写。两个线程写同一个变量能够在代码中发现。为了肯定互相独立的变量 是否共享了同一个缓存行，就须要了解内存布局，或找个工具告诉咱们。Intel VTune就是这样一个分析工具。本文中我将解释Java对象的内存布局以及咱们该如何填充缓存行以免伪共享。

图1说明了伪共享的问题。在核心1上运行的线程想更新变量X，同时核心2上的线程想要更新变量Y。不幸的是，这两个变量在同一个缓存行中。每一个线程都要去 竞争缓存行的全部权来更新变量。若是核心1得到了全部权，缓存子系统将会使核心2中对应的缓存行失效。当核心2得到了全部权而后执行更新操做，核心1就要 使本身对应的缓存行失效。这会来来回回的通过L3缓存，大大影响了性能。若是互相竞争的核心位于不一样的插槽，就要额外横跨插槽链接，问题可能更加严重。

JAVA 7下的方案

 

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public final class FalseSharing implements Runnable {      public static int NUM_THREADS = 4; // change      public final static long ITERATIONS = 500L * 1000L * 1000L;      private final int arrayIndex;      private static VolatileLong[] longs;          public FalseSharing(final int arrayIndex) {          this.arrayIndex = arrayIndex;      }          public static void main(final String[] args) throws Exception {          Thread.sleep(10000);          System.out.println("starting....");          if (args.length == 1) {              NUM_THREADS = Integer.parseInt(args[0]);          }              longs = new VolatileLong[NUM_THREADS];          for (int i = 0; i < longs.length; i++) {              longs[i] = new VolatileLong();          }          final long start = System.nanoTime();          runTest();          System.out.println("duration = " + (System.nanoTime() - start));      }          private static void runTest() throws InterruptedException {          Thread[] threads = new Thread[NUM_THREADS];          for (int i = 0; i < threads.length; i++) {              threads[i] = new Thread(new FalseSharing(i));          }          for (Thread t : threads) {              t.start();          }          for (Thread t : threads) {              t.join();          }      }          public void run() {          long i = ITERATIONS + 1;          while (0 != --i) {              longs[arrayIndex].value = i;          }      }  }

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public class VolatileLongPadding {     public volatile long p1, p2, p3, p4, p5, p6; // 注释  }

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public class VolatileLong extends VolatileLongPadding {     public volatile long value = 0L;  }

 

把padding放在基类里面，能够避免优化。（这好像没有什么道理好讲的，JAVA7的内存优化算法问题，能绕则绕）。不过，这种办法怎么看都有点烦，借用另一个博主的话：作个java程序员真难。

 

 

JAVA 8下的方案

在JAVA 8中，缓存行填充终于被JAVA原生支持了。JAVA 8中添加了一个@Contended的注解，添加这个的注解，将会在自动进行缓存行填充。以上的例子能够改成：

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public final class FalseSharing implements Runnable {      public static int NUM_THREADS = 4; // change      public final static long ITERATIONS = 500L * 1000L * 1000L;      private final int arrayIndex;      private static VolatileLong[] longs;          public FalseSharing(final int arrayIndex) {          this.arrayIndex = arrayIndex;      }          public static void main(final String[] args) throws Exception {          Thread.sleep(10000);          System.out.println("starting....");          if (args.length == 1) {              NUM_THREADS = Integer.parseInt(args[0]);          }              longs = new VolatileLong[NUM_THREADS];          for (int i = 0; i < longs.length; i++) {              longs[i] = new VolatileLong();          }          final long start = System.nanoTime();          runTest();          System.out.println("duration = " + (System.nanoTime() - start));      }          private static void runTest() throws InterruptedException {          Thread[] threads = new Thread[NUM_THREADS];          for (int i = 0; i < threads.length; i++) {              threads[i] = new Thread(new FalseSharing(i));          }          for (Thread t : threads) {              t.start();          }          for (Thread t : threads) {              t.join();          }      }          public void run() {          long i = ITERATIONS + 1;          while (0 != --i) {              longs[arrayIndex].value = i;          }      }  }

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import sun.misc.Contended;   @Contended public class VolatileLong {     public volatile long value = 0L;  }

 

执行时，必须加上虚拟机参数-XX:-RestrictContended，@Contended注释才会生效。不少文章把这个漏掉了，那样的话实际上就没有起做用。

 

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原文连接：http://www.cnblogs.com/Binhua-Liu/p/5620339.html