伪共享问题（false sharing）
对于解释伪共享问题，就需要了解一下缓存行的相关概念。缓存行是主存复制到高速缓存的最小单位，一般情况下缓存行的大小为32~128字节（通常为64字节）。
在多线程程序执行的过程中，有可能将2个或多个需要频繁修改的变量存储在同一个缓存行当中。这样以来，会频繁的造成缓存头失效的问题。如下图所示：
从编码的角度，为了解决上面的问题，可以使用额外字段来填充缓存行数据。从而达到不同变量之间占用不用的缓存行，增加缓存的命中率。优化后如下图所示：
简单事例
下面看一个例子，看一看填充缓存行前后的运行效果对比。
public class FalseSharing implements Runnable {
// public static final int NUM_THREAD = Runtime.getRuntime().availableProcessors(); // CUP核数
public static final int NUM_THREAD = 2; // CPU核数
public static final long INTERATIONS = 500L * 1000L * 1000L;
private final int arrayIndex;
private static VolatileLong[] longs = new VolatileLong[NUM_THREAD];
static {
for (int i = 0; i < longs.length; i++) {
longs[i] = new VolatileLong();
}
}
public FalseSharing(final int arrayIndex) {
this.arrayIndex = arrayIndex;
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
System.out.println(Runtime.getRuntime().availableProcessors());
final long start = System.currentTimeMillis();
runTest();
System.out.println("duration = " + (System.currentTimeMillis() - start));
}
private static void runTest() throws InterruptedException {
Thread[] threads = new Thread[NUM_THREAD];
for (int i = 0; i < threads.length; i++) {
threads[i] = new Thread(new FalseSharing(i));
}
for (Thread thread : threads) {
thread.start();
}
for (Thread thread : threads) {
thread.join();
}
}
@Override
public void run() {
long i = INTERATIONS + 1;
while (0 != --i) {
longs[arrayIndex].value = i;
}
}
public static final class VolatileLong {
public volatile long value = 0L;
public long p1, p2, p3, p4, p5, p6, p7; // 用来填充缓存行
}
}
笔者在自己的PC上面测试，加填充代码和不加填充代码的前后效果如下：
# 有填充代码
duration = 5849
# 无填充代码
duration = 19024从结果看来，有填充代码的比无填充代码的效率提高了3倍多。下面是笔者测试的，线程数与耗时的测试结果：
Java8中的支持
Java8会对CPU 伪共享问题做一些优化，这里面使用到了 @sun.misc.Contended 。它可以使用在class 和 field 上面，官方也不推荐使用。我们在写业务代码时，使用了没有什么效果。其内容如下：
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target({ElementType.FIELD, ElementType.TYPE})
public @interface Contended {
String value() default "";
}ConcurrentHashMap
在Java8中的ConcurrentHashMap 中我们可以看到如下：
/**
* 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; }
}上面CounterCell 是用于分段锁的大小统计，由此可以看出JDK 底层对@Contended 做了CPU Cache 优化。
Thread
// The following three initially uninitialized fields are exclusively
// managed by class java.util.concurrent.ThreadLocalRandom. These
// fields are used to build the high-performance PRNGs in the
// concurrent code, and we can not risk accidental false sharing.
// Hence, the fields are isolated with @Contended.
/** The current seed for a ThreadLocalRandom */
@sun.misc.Contended("tlr")
long threadLocalRandomSeed;
/** Probe hash value; nonzero if threadLocalRandomSeed initialized */
@sun.misc.Contended("tlr")
int threadLocalRandomProbe;
/** Secondary seed isolated from public ThreadLocalRandom sequence */
@sun.misc.Contended("tlr")
int threadLocalRandomSecondarySeed;
