伪共享

伪共享（False Sharing）是多线程编程中一种常见的性能陷阱，尤其在多核CPU系统中。它发生在多个线程频繁修改位于同一缓存行（Cache Line）中不同变量时，即使这些变量在逻辑上是独立的，也会因为共享同一个缓存行而导致缓存行频繁失效和同步，从而降低性能。^[1][2][3]

产生原因

l CPU缓存机制：现代CPU使用多级缓存（如L1、L2、L3）来加速数据访问。缓存以缓存行为单位存储数据，主流CPU的缓存行大小通常为64字节。^[2][3][4]

l 缓存行同步：当一个CPU核心修改缓存行中的任意数据时，整个缓存行会被标记为“已修改”，并通知其他核心失效其副本。如果多个线程在不同核心上修改同一缓存行中的不同变量，会导致互相阻塞和频繁的内存同步。^[2][3]

l Java中的常见场景：在Java中，对象字段在内存中紧凑排列，volatile变量的高频写入会加剧伪共享问题。例如，两个volatile long字段如果恰好位于同一缓存行，多线程修改时就会产生冲突。^[2]

如何避免伪共享

避免伪共享的核心思想是确保变量独占缓存行，常用方法包括：

1. 对齐填充（Padding）：通过添加无用字节填充变量周围，使其跨越多个缓存行。例如，在变量前后添加填充字段，确保其独占64字节的缓存行。^[1][3]

2. 使用@Contended注解：Java 8引入了sun.misc.Contended注解（需JVM参数启用），自动在字段前后填充字节，避免与其他字段共享缓存行。^[2][5]

l 使用步骤：

o 添加JVM参数（如JDK 8-14需-XX:-RestrictContended）。

o 在字段上应用注解：@Contended public volatile long value;。

o 验证内存布局（如使用JOL工具）。^[2]

3. 适用场景：主要适用于高并发、频繁写入的场景（如计数器、无锁数据结构）。对于只读或低频写入变量，伪共享影响较小，无需过度优化。^[2]

性能影响与检测

l 性能现象：伪共享会导致多核CPU性能不升反降，例如线程吞吐量下降、缓存未命中率增加。^[2]

l 检测方法：可通过工具（如JOL、perf）分析对象内存布局，确认字段是否共享缓存行。实验对比显示，使用填充或@Contended后，多线程写入性能可显著提升。^[2]

通过合理设计内存布局，伪共享问题可以有效缓解，从而提升并发程序的性能。
参考资料
[1] Java面试 | 请简述一下伪共享的概念以及如何避免? - 哔哩哔哩
[2] 深入Java 伪共享(False Sharing)-CSDN博客 - CSDN博客
[3] disruptor (史上最全之1):伪共享原理&性能对比实战 - CSDN博客
[4] 伪共享(false sharing),并发编程无声的性能杀手 - 腾讯云
[5] 【Java面试】伪共享的概念以及如何避免? - 哔哩哔哩

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