什么是多線程環(huán)境下的偽共享(false sharing)?

　　在Java中，偽共享(false sharing)是指多線程環(huán)境下，由于緩存一致性協(xié)議的影響，不同線程訪問(wèn)同一緩存行中的不同數(shù)據(jù)造成的性能下降現(xiàn)象。當(dāng)多個(gè)線程同時(shí)訪問(wèn)不同變量，但這些變量存儲(chǔ)在同一緩存行中時(shí)，每個(gè)線程只修改自己的變量，但由于緩存一致性協(xié)議的要求，需要將整個(gè)緩存行的數(shù)據(jù)進(jìn)行更新，導(dǎo)致其他線程緩存的數(shù)據(jù)失效，從而影響了性能。

　　接下里筆者用一段簡(jiǎn)單的Java代碼，來(lái)演示下偽共享的效果：

public class FalseSharingDemo implements Runnable {
    private static final int NUM_THREADS = 2;
    private static final long ITERATIONS = 500000000L;
    private static final int ARRAY_SIZE = 8;

    private static VolatileLong[] longs = new VolatileLong[ARRAY_SIZE];

    static {
        for (int i = 0; i < ARRAY_SIZE; i++) {
            longs[i] = new VolatileLong();
        }
    }

    private final int arrayIndex;

    public FalseSharingDemo(int arrayIndex) {
        this.arrayIndex = arrayIndex;
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread[] threads = new Thread[NUM_THREADS];

        for (int i = 0; i < NUM_THREADS; i++) {
            threads[i] = new Thread(new FalseSharingDemo(i));
        }

        for (Thread t : threads) {
            t.start();
        }

        for (Thread t : threads) {
            t.join();
        }
    }

    public void run() {
        long i = ITERATIONS + 1;
        while (--i > 0) {
            longs[arrayIndex].value = i;
        }
    }

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

　　在上面的示例代碼中，我們創(chuàng)建了一個(gè)包含多個(gè)VolatileLong對(duì)象的數(shù)組。每個(gè)VolatileLong對(duì)象都包含一個(gè)volatile修飾的long類型的變量。在run()方法中，每個(gè)線程都會(huì)通過(guò)循環(huán)將自己的索引對(duì)應(yīng)的VolatileLong對(duì)象的value字段設(shè)置為遞減的值。

　　當(dāng)我們運(yùn)行該示例代碼時(shí)，由于VolatileLong對(duì)象存儲(chǔ)在同一緩存行中，不同線程對(duì)不同的VolatileLong對(duì)象進(jìn)行操作，但由于緩存一致性協(xié)議的要求，每次寫操作都會(huì)導(dǎo)致整個(gè)緩存行的數(shù)據(jù)失效。這將引起多個(gè)線程之間頻繁的緩存行無(wú)效和更新，導(dǎo)致性能下降。

　　為了解決偽共享問(wèn)題，可以使用填充(padding)技術(shù)來(lái)確保不同變量在不同的緩存行中，從而避免了不必要的緩存行無(wú)效和更新?？梢酝ㄟ^(guò)在VolatileLong類中增加填充字段來(lái)解決偽共享問(wèn)題，例如：

public static class VolatileLong {
    public volatile long value = 0L;
    public long padding1, padding2, padding3, padding4, padding5, padding6;
}

　　通過(guò)在VolatileLong類中添加填充字段，可以將不同的VolatileLong對(duì)象分散到不同的緩存行中，從而避免了偽共享帶來(lái)的性能下降。