什么是多线程环境下的伪共享(false sharing)?

在Java中,伪共享(false sharing)是指多线程环境下,由于缓存一致性协议的影响,不同线程访问同一缓存行中的不同数据造成的性能下降现象。当多个线程同时访问不同变量,但这些变量存储在同一缓存行中时,每个线程只修改自己的变量,但由于缓存一致性协议的要求,需要将整个缓存行的数据进行更新,导致其他线程缓存的数据失效,从而影响了性能。

接下里笔者用一段简单的Java代码,来演示下伪共享的效果:

bash 复制代码
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;
    }
}

在上面的示例代码中,我们创建了一个包含多个VolatileLong对象的数组。每个VolatileLong对象都包含一个volatile修饰的long类型的变量。在run()方法中,每个线程都会通过循环将自己的索引对应的VolatileLong对象的value字段设置为递减的值。

当我们运行该示例代码时,由于VolatileLong对象存储在同一缓存行中,不同线程对不同的VolatileLong对象进行操作,但由于缓存一致性协议的要求,每次写操作都会导致整个缓存行的数据失效。这将引起多个线程之间频繁的缓存行无效和更新,导致性能下降。

为了解决伪共享问题,可以使用填充(padding)技术来确保不同变量在不同的缓存行中,从而避免了不必要的缓存行无效和更新。可以通过在VolatileLong类中增加填充字段来解决伪共享问题,例如:

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

通过在VolatileLong类中添加填充字段,可以将不同的VolatileLong对象分散到不同的缓存行中,从而避免了伪共享带来的性能下降。

相关推荐
冰暮流星13 分钟前
javascript逻辑运算符
开发语言·javascript·ecmascript
flysh0514 分钟前
如何利用 C# 内置的 Action 和 Func 委托
开发语言·c#
一嘴一个橘子19 分钟前
spring-aop 的 基础使用 - 4 - 环绕通知 @Around
java
小毅&Nora35 分钟前
【Java线程安全实战】⑨ CompletableFuture的高级用法:从基础到高阶,结合虚拟线程
java·线程安全·虚拟线程
码农小韩36 分钟前
基于Linux的C++学习——动态数组容器vector
linux·c语言·开发语言·数据结构·c++·单片机·学习
冰冰菜的扣jio36 分钟前
Redis缓存中三大问题——穿透、击穿、雪崩
java·redis·缓存
木风小助理37 分钟前
`mapfile`命令详解:Bash中高效的文本至数组转换工具
开发语言·chrome·bash
yyy(十一月限定版)1 小时前
初始matlab
开发语言·matlab
LawrenceLan1 小时前
Flutter 零基础入门(九):构造函数、命名构造函数与 this 关键字
开发语言·flutter·dart
listhi5201 小时前
基于MATLAB的支持向量机(SVM)医学图像分割方法
开发语言·matlab