僞共享和緩存行填充

什麼是僞共享

關於僞共享講解最清楚的是這篇文章《剖析Disruptor:爲何會這麼快？(三)僞共享》,我這裏就直接摘抄其對僞共享的解釋：

 

緩存系統中是以緩存行（cache line）爲單位存儲的。緩存行是2的整數冪個連續字節，通常爲32-256個字節。最多見的緩存行大小是64個字節。當多線程修改互相獨立的變量時，如 果這些變量共享同一個緩存行，就會無心中影響彼此的性能，這就是僞共享。緩存行上的寫競爭是運行在SMP系統中並行線程實現可伸縮性最重要的限制因素。有 人將僞共享描述成無聲的性能殺手，由於從代碼中很難看清楚是否會出現僞共享。

爲了讓可伸縮性與線程數呈線性關係，就必須確保不會有兩個線程往同一個變量或緩存行中寫。兩個線程寫同一個變量能夠在代碼中發現。爲了肯定互相獨立的變量 是否共享了同一個緩存行，就須要瞭解內存佈局，或找個工具告訴咱們。Intel VTune就是這樣一個分析工具。本文中我將解釋Java對象的內存佈局以及咱們該如何填充緩存行以免僞共享。

圖1說明了僞共享的問題。在覈心1上運行的線程想更新變量X，同時核心2上的線程想要更新變量Y。不幸的是，這兩個變量在同一個緩存行中。每一個線程都要去 競爭緩存行的全部權來更新變量。若是核心1得到了全部權，緩存子系統將會使核心2中對應的緩存行失效。當核心2得到了全部權而後執行更新操做，核心1就要 使本身對應的緩存行失效。這會來來回回的通過L3緩存，大大影響了性能。若是互相競爭的核心位於不一樣的插槽，就要額外橫跨插槽鏈接，問題可能更加嚴重。

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; // 註釋  }

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

 

把padding放在基類裏面，能夠避免優化。（這好像沒有什麼道理好講的，JAVA7的內存優化算法問題，能繞則繞）。不過，這種辦法怎麼看都有點煩，借用另一個博主的話：作個java程序員真難。

 

 

JAVA 8下的方案

在JAVA 8中，緩存行填充終於被JAVA原生支持了。JAVA 8中添加了一個@Contended的註解，添加這個的註解，將會在自動進行緩存行填充。以上的例子能夠改成：

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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;  }

 

執行時，必須加上虛擬機參數-XX:-RestrictContended，@Contended註釋纔會生效。不少文章把這個漏掉了，那樣的話實際上就沒有起做用。

 

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原文連接：http://www.cnblogs.com/Binhua-Liu/p/5620339.html