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：

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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：

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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。