Java 中的伪共享详解及解决方案

"Java 中的伪共享详解及解决方案" Java 中的伪共享问题是指在多线程情况下，多个线程访问共享同一个缓存行的变量时，可能会无意中影响彼此的性能。这种问题的出现是因为 CPU 缓存系统中是以缓存行（cache line）为单位存储的，而缓存行可以存储多个变量。如果多个线程需要修改共享同一个缓存行的变量，就会出现伪共享问题。 缓存行是 CPU 缓存中的最小缓存单位，当前的 CPU 不再是按字节访问内存，而是以 64 字节为单位的块（chunk）拿取，称为一个缓存行（cache line）。当你读一个特定的内存地址，整个缓存行将从主存换入缓存，并且访问同一个缓存行内的其它值的开销是很小的。 CPU 的三级缓存结构包括 L1、L2、L3 三个级别的缓存。越靠近 CPU 的缓存越快也越小。L1 缓存很小但很快，并且紧靠着在使用它的 CPU 内核。L2 大一些，也慢一些，并且仍然只能被一个单独的 CPU 核使用。L3 在现代多核机器中更普遍，仍然更大，更慢，并且被单个插槽上的所有 CPU 核共享。 缓存关联性是指把一个缓存按照 N 个 Cache Line 作为一组（Set），缓存按组划为等分。每个内存块能够被映射到相对应的 set 中的任意一个缓存行中。这样可以避免缓存中的数据冲突。 MESI 协议是多核 CPU 中的一种协议，用于保证数据的一致性。每个 Cache line 有四个状态：M（Modified）、E（Exclusive）、S（Shared）和 I（Invalid），分别表示该行数据的状态。 为了避免伪共享问题，可以使用数据填充的方式来避免，即单个数据填充满一个 CacheLine。这本质是一种空间换时间的做法。 在 Java 中，可以使用数据填充的方式来避免伪共享问题。例如，可以使用数组来填充缓存行，或者使用 padding 字段来填充缓存行。这样可以避免多个线程访问共享同一个缓存行的变量时出现的伪共享问题。 Java 中的伪共享问题是一个重要的性能问题，需要通过合适的解决方案来避免。了解缓存行、缓存关联性、MESI 协议和解决方案是解决伪共享问题的关键。