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這個(gè)問題來自最近一個(gè)朋友字節(jié)面試碰到的，最后他也成功拿到了字節(jié)offer，這個(gè)問題我想可能挺多人不太清楚，所以想拿出來單獨(dú)說一說。

好了，讓我們進(jìn)入正題。

什么是偽共享

首先大家都知道，隨著CPU和內(nèi)存的發(fā)展速度差異的問題，導(dǎo)致CPU的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于內(nèi)存，所以一般現(xiàn)在的CPU都加入了高速緩存，就是常說的解決不同硬件之間的性能差異問題。

這樣的話，很簡單的道理，加入了緩存，就必然會(huì)導(dǎo)致緩存一致性的問題，由此，又引入了緩存一致性協(xié)議。(如果你不知道，建議去百度一下，這里不做展開)

CPU緩存，顧名思義，越貼近CPU的緩存速度越快，容量越小，造價(jià)成本也越高，而高速緩存一般可以分為L1、L2、L3三級緩存，按照性能的劃分：L1>L2>L3。

而事實(shí)上，數(shù)據(jù)在緩存內(nèi)部都是按照行來存儲(chǔ)的，這就叫做緩存行。緩存行一般都是2的整數(shù)冪個(gè)字節(jié)，一般來說范圍在32-256個(gè)字節(jié)之間，現(xiàn)在最為常見的緩存行的大小在64個(gè)字節(jié)。

所以，按照這個(gè)存儲(chǔ)方式，緩存中的數(shù)據(jù)并不是一個(gè)個(gè)單獨(dú)的變量的存儲(chǔ)方式，而是多個(gè)變量會(huì)放到一行中。

我們常說的一個(gè)例子就是數(shù)組和鏈表，數(shù)組的內(nèi)存地址是連續(xù)的，當(dāng)我們?nèi)プx取數(shù)組中的元素時(shí)，CPU會(huì)把數(shù)組中后續(xù)的若干個(gè)元素也加載到緩存中，以此提高效率，但是鏈表則不會(huì)，也就是說，內(nèi)存地址連續(xù)的變量才有可能被放到一個(gè)緩存行中。

在多個(gè)線程并發(fā)修改一個(gè)緩存行中的多個(gè)變量時(shí)，由于只能同時(shí)有一個(gè)線程去操作緩存行，將會(huì)導(dǎo)致性能的下降，這個(gè)問題就稱之為偽共享。

為什么只有一個(gè)線程能去操作?我們舉個(gè)實(shí)際的栗子來說明這種情況：

假設(shè)緩存中有x,y兩個(gè)變量，他們同時(shí)已經(jīng)在不同的三級緩存之中。

這時(shí)有兩個(gè)線程A和B同時(shí)去修改位于Core1和Core2的變量x和y。

如果線程A去修改Core1的緩存中的x變量，由于緩存一致性協(xié)議，Core2中對應(yīng)的緩存了x變量的緩存行將會(huì)失效，他會(huì)被強(qiáng)制從主內(nèi)存中重新去加載變量。

這樣的話，頻繁的訪問主內(nèi)存，緩存基本都失效了，將會(huì)導(dǎo)致性能的下降，這就是偽共享的問題。

如何避免?

既然已經(jīng)知道了什么是偽共享，那么怎么避免這種情況的發(fā)生?

改變行存儲(chǔ)的方式?想都別想了。

剩下可行的方法就是填充，如果這一行只有我這一個(gè)數(shù)據(jù)那不就好了嗎?

確實(shí)就是這樣，解決方式通常有以下兩種。

字節(jié)填充

在JDK8之前，可以通過填充字節(jié)的方式來避免偽共享的問題，如下代碼所示：

自定義填充

一般而言，緩存行有64字節(jié)，我們知道一個(gè)long是8個(gè)字節(jié)，填充5個(gè)long之后，一共就是48個(gè)字節(jié)。

而 Java 中對象頭在32位系統(tǒng)下占用8個(gè)字節(jié)，64位系統(tǒng)下占用16個(gè)字節(jié)，這樣填充5個(gè)long型即可填滿64字節(jié)，也就是一個(gè)緩存行。

@Contented注解

JDK8以及之后的版本 Java 提供了sun.misc.Contended 注解，通過@Contented注解就可以解決偽共享的問題。

注解方式

使用@Contented注解后會(huì)增加128字節(jié)的padding，并且需要開啟-XX:-RestrictContended選項(xiàng)后才能生效。

所以，通過以上兩種方式你會(huì)發(fā)現(xiàn)，對象頭大小和緩存行的大小都和操作系統(tǒng)位數(shù)有關(guān)，JDK的注解幫你解決了這個(gè)問題，所以推薦盡量使用注解的方式來實(shí)現(xiàn)。

雖然解決了偽共享問題，但是這種填充的方式也浪費(fèi)了緩存資源，明明只有8B的大小，硬是使用了64B緩存空間，造成了緩存資源的浪費(fèi)。

而且我們知道，緩存又小又貴，時(shí)間和空間的取舍要自己酌情考慮。

實(shí)際應(yīng)用

在Java中提供了多個(gè)原子變量的操作類，就是比如AtomicLong、AtomicInteger這些，通過CAS的方式去更新變量，但是失敗會(huì)無限自旋嘗試，導(dǎo)致CPU資源的浪費(fèi)。

為了解決高并發(fā)下的這個(gè)缺點(diǎn)，JDK8中新增了LongAdder類，他的使用就是對解決偽共享的實(shí)際應(yīng)用。

LongAdder繼承自Striped64，內(nèi)部維護(hù)了一個(gè)Cell數(shù)組，核心思想就是把單個(gè)變量的競爭拆分，多線程下如果一個(gè)Cell競爭失敗，轉(zhuǎn)而去其他Cell再次CAS重試。

Striped64成員變量

解決偽共享的真正的核心就在Cell數(shù)組，可以看到，Cell數(shù)組使用了Contented注解。

在上面我們提到數(shù)組的內(nèi)存地址都是連續(xù)的，所以數(shù)組內(nèi)的元素經(jīng)常會(huì)被放入一個(gè)緩存行，這樣的話就會(huì)帶來偽共享的問題，影響性能。

這里使用Contented進(jìn)行填充，就避免了偽共享的問題，使得數(shù)組中的元素不再共享一個(gè)緩存行。

解決偽共享

好了，今天的內(nèi)容就到這里，我是艾小仙，我的slogan還沒想好，但是我們下次見。

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