? 偽共享 false sharing，顧名思義，“偽共享”就是“其實不是共享”。那什么是“共享”？多CPU同時訪問同一塊內存區域就是“共享”，就會產生沖突，需要控制協議來協調訪問。會引起“共享”的最小內存區域大小就是一個cache line。因此，當兩個以上CPU都要訪問同一個cache line大小的內存區域時，就會引起沖突，這種情況就叫“共享”。但是，這種情況里面又包含了“其實不是共享”的“偽共享”情況。比如，兩個處理器各要訪問一個word，這兩個word卻存在于同一個cache line大小的區域里，這時，從應用邏輯層面說，這兩個處理器并沒有共享內存，因為他們訪問的是不同的內容（不同的word）。但是因為cache line的存在和限制，這兩個CPU要訪問這兩個不同的word時，卻一定要訪問同一個cache line塊，產生了事實上的“共享”。顯然，由于cache line大小限制帶來的這種“偽共享”是我們不想要的，會浪費系統資源。
緩存系統中是以緩存行（cache line）為單位存儲的。緩存行是2的整數冪個連續字節，一般為32-256個字節。最常見的緩存行大小是64個字節。當多線程修改互相獨立的變量時，如果這些變量共享同一個緩存行，就會無意中影響彼此的性能，這就是偽共享。緩存行上的寫競爭是運行在SMP系統中并行線程實現可伸縮性最重要的限制因素。有人將偽共享描述成無聲的性能殺手，因為從代碼中很難看清楚是否會出現偽共享。
為了讓可伸縮性與線程數呈線性關系，就必須確保不會有兩個線程往同一個變量或緩存行中寫。兩個線程寫同一個變量可以在代碼中發現。為了確定互相獨立的變量是否共享了同一個緩存行，就需要了解內存布局，或找個工具告訴我們。Intel VTune就是這樣一個分析工具。
圖1說明了偽共享的問題。在核心1上運行的線程想更新變量X，同時核心2上的線程想要更新變量Y。不幸的是，這兩個變量在同一個緩存行中。每個線程都要去競爭緩存行的所有權來更新變量。如果核心1獲得了所有權，緩存子系統將會使核心2中對應的緩存行失效。當核心2獲得了所有權然后執行更新操作，核心1就要使自己對應的緩存行失效。這會來來回回的經過L3緩存，大大影響了性能。如果互相競爭的核心位于不同的插槽，就要額外橫跨插槽連接，問題可能更加嚴重。
Java Memory Layout Java內存布局，在項目開發中，大多使用HotSpot的JVM，hotspot中對象都有兩個字(四字節)長的對象頭。第一個字是由24位哈希碼和8位標志位（如鎖的狀態或作為鎖對象）組成的Mark Word。第二個字是對象所屬類的引用。如果是數組對象還需要一個額外的字來存儲數組的長度。每個對象的起始地址都對齊于8字節以提高性能。因此當封裝對象的時候為了高效率，對象字段聲明的順序會被重排序成下列基于字節大小的順序：
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- double (8字節) 和 long (8字節)
- int (4字節) 和 float (4字節)
- short (2字節) 和 char (2字節)：char在java中是2個字節。java采用unicode，2個字節（16位）來表示一個字符。
- boolean (1字節) 和 byte (1字節)
- reference引用 (4/8 字節)
- <子類字段重復上述順序>
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在了解這些之后，就可以在任意字段間用7個long來填充緩存行。偽共享在不同的JDK下提供了不同的解決方案。
在JDK1.6環境下，解決偽共享的辦法是使用緩存行填充，使一個對象占用的內存大小剛好為64bytes或它的整數倍，這樣就保證了一個緩存行里不會有多個對象。
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package basic;public class TestFlash implements Runnable {public final static int NUM_THREADS = 4; // changepublic final static long ITERATIONS = 500L * 1000L * 1000L;private final int arrayIndex;/*** 為了展示其性能影響，我們啟動幾個線程，每個都更新它自己獨立的計數器。計數器是volatile long類型的，所以其它線程能看到它們的進展。*/public final static class VolatileLong {/* 用volatile[?vɑ:l?tl]修飾的變量，線程在每次使用變量的時候，JVM虛擬機只保證從主內存加載到線程工作內存的值是最新的 */public volatile long value = 0L;/* 緩沖行填充 *//* 37370571461 ：不使用緩沖行執行納秒數 *//* 16174480826 ：使用緩沖行執行納秒數，性能提高一半 */public long p1, p2, p3, p4, p5, p6, p7;}private static VolatileLong[] longs = new VolatileLong[NUM_THREADS];static {for (int i = 0; i < longs.length; i++) {longs[i] = new VolatileLong();}}public TestFlash(final int arrayIndex){this.arrayIndex = arrayIndex;}/*** 我們不能確定這些VolatileLong會布局在內存的什么位置。它們是獨立的對象。但是經驗告訴我們同一時間分配的對象趨向集中于一塊。*/public static void main(final String[] args) throws Exception {final long start = System.nanoTime();runTest();System.out.println("duration = " + (System.nanoTime() - start));}private static void runTest() throws InterruptedException {Thread[] threads = new Thread[NUM_THREADS];for (int i = 0; i < threads.length; i++) {threads[i] = new Thread(new TestFlash(i));}for (Thread t : threads) {t.start();}for (Thread t : threads) {t.join();}}/** 為了展示其性能影響，我們啟動幾個線程，每個都更新它自己獨立的計數器。計數器是volatile long類型的，所以其它線程能看到它們的進展*/@Overridepublic void run() {long i = ITERATIONS + 1;while (0 != --i) {longs[arrayIndex].value = i;}} }
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VolatileLong通過填充一些無用的字段p1,p2,p3,p4,p5,p6，再考慮到對象頭也占用8bit, 剛好把對象占用的內存擴展到剛好占64bytes（或者64bytes的整數倍）。這樣就避免了一個緩存行中加載多個對象。但這個方法現在只能適應JAVA6 及以前的版本了。
在jdk1.7環境下，由于java 7會優化掉無用的字段。因此，JAVA 7下做緩存行填充更麻煩了，需要使用繼承的辦法來避免填充被優化掉。把填充放在基類里面，可以避免優化（這好像沒有什么道理好講的，JAVA7的內存優化算法問題，能繞則繞）。
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package basic;public class TestFlashONJDK7 implements Runnable {public static int NUM_THREADS = 4;public final static long ITERATIONS = 500L * 1000L * 1000L;private final int arrayIndex;private static VolatileLong[] longs;public TestFlashONJDK7(final int arrayIndex){this.arrayIndex = arrayIndex;}public static void main(final String[] args) throws Exception {Thread.sleep(10000);System.out.println("starting....");if (args.length == 1) {NUM_THREADS = Integer.parseInt(args[0]);}longs = new VolatileLong[NUM_THREADS];for (int i = 0; i < longs.length; i++) {longs[i] = new VolatileLong();}final long start = System.nanoTime();runTest();System.out.println("duration = " + (System.nanoTime() - start));}private static void runTest() throws InterruptedException {Thread[] threads = new Thread[NUM_THREADS];for (int i = 0; i < threads.length; i++) {threads[i] = new Thread(new TestFlashONJDK7(i));}for (Thread t : threads) {t.start();}for (Thread t : threads) {t.join();}}@Overridepublic void run() {long i = ITERATIONS + 1;while (0 != --i) {longs[arrayIndex].value = i;}} }class VolatileLong extends VolatileLongPadding {public volatile long value = 0L; }class VolatileLongPadding {public volatile long p1, p2, p3, p4, p5, p6, p7; }
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在jdk1.8環境下，緩存行填充終于被JAVA原生支持了。JAVA 8中添加了一個@Contended的注解，添加這個的注解，將會在自動進行緩存行填充。以上的例子可以改為：
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package basic;public class TestFlashONJDK8 implements Runnable {public static int NUM_THREADS = 4;public final static long ITERATIONS = 500L * 1000L * 1000L;private final int arrayIndex;private static VolatileLong[] longs;public TestFlashONJDK8(final int arrayIndex){this.arrayIndex = arrayIndex;}public static void main(final String[] args) throws Exception {Thread.sleep(10000);System.out.println("starting....");if (args.length == 1) {NUM_THREADS = Integer.parseInt(args[0]);}longs = new VolatileLong[NUM_THREADS];for (int i = 0; i < longs.length; i++) {longs[i] = new VolatileLong();}final long start = System.nanoTime();runTest();System.out.println("duration = " + (System.nanoTime() - start));}private static void runTest() throws InterruptedException {Thread[] threads = new Thread[NUM_THREADS];for (int i = 0; i < threads.length; i++) {threads[i] = new Thread(new TestFlashONJDK8(i));}for (Thread t : threads) {t.start();}for (Thread t : threads) {t.join();}}@Overridepublic void run() {long i = ITERATIONS + 1;while (0 != --i) {longs[arrayIndex].value = i;}} }
@Contended
class VolatileLong {
public volatile long value = 0L;
}
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執行時，必須加上虛擬機參數-XX:-RestrictContended，@Contended注釋才會生效。很多文章把這個漏掉了，那樣的話實際上就沒有起作用。
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補充：
byte字節 ?bit位 1byte=8bit
volatile說明
package basic;public class TestVolatile {public static int count = 0;/* 即使使用volatile，依舊沒有達到我們期望的效果 */// public volatile static int count = 0;public static void increase() {try {// 延遲10毫秒，使得結果明顯Thread.sleep(10);count++;} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}public static void main(String[] args) {for (int i = 0; i < 10000; i++) {new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {TestVolatile.increase();}}).start();}System.out.println("期望運行結果:10000");System.out.println("實際運行結果:" + TestVolatile.count);} }
volatile關鍵字的使用：用volatile修飾的變量，線程在每次使用變量的時候，都會讀取變量修改后的最新值。但是由于操作不是原子性的，對于volatile修飾的變量，jvm虛擬機只是保證從主內存加載到線程工作內存的值是最新的。
在java 垃圾回收整理一文中，描述了jvm運行時刻內存的分配。其中有一個內存區域是jvm虛擬機棧，每一個線程運行時都有一個線程棧，線程棧保存了線程運行時候變量值信息。當線程訪問某一個對象時候值的時候，首先通過對象的引用找到對應在堆內存的變量的值，然后把堆內存變量的具體值load到線程本地內存中，建立一個變量副本，之后線程就不再和對象在堆內存變量值有任何關系，而是直接修改副本變量的值，在修改完之后的某一個時刻（線程退出之前），自動把線程變量副本的值回寫到對象在堆中變量。這樣在堆中的對象的值就產生變化了。上面一幅圖描述這些交互，過程如下：
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- read and load 從主存復制變量到當前工作內存
- use and assign? 執行代碼，改變共享變量值（其中use and assign 可以多次出現）?
- store and write 用工作內存數據刷新主存相關內容
但是這些操作并不是原子性，也就是在read load之后，如果主內存count變量發生修改之后，線程工作內存中的值由于已經加載，不會產生對應的變化，所以計算出來的結果會和預期不一樣。對于volatile修飾的變量，JVM虛擬機只是保證從主內存加載到線程工作內存的值是最新的。例如假如線程1，線程2在進行read load操作中，發現主內存中count的值都是5，那么都會加載這個最新的值。在線程1堆count進行修改之后，會write到主內存中，主內存中的count變量就會變為6。線程2由于已經進行read,load操作，在進行運算之后，也會更新主內存count的變量值為6。導致兩個線程即使使用volatile關鍵字修改之后，還是會存在并發的情況。
對于volatile修飾的變量，JVM虛擬機只能保證從主內存加載到線程工作內存的值是最新的。
參考博客：
[1] http://www.cnblogs.com/Binhua-Liu/p/5620339.html
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