真實字節(jié)二面：什么是偽共享？
這個問題來自最近一個朋友字節(jié)面試碰到的，最后他也成功拿到了字節(jié)offer，這個問題我想可能挺多人不太清楚，所以想拿出來單獨說一說。
好了，讓我們進入正題。
什么是偽共享
首先大家都知道，隨著CPU和內存的發(fā)展速度差異的問題，導致CPU的速度遠遠快于內存，所以一般現(xiàn)在的CPU都加入了高速緩存，就是常說的解決不同硬件之間的性能差異問題。
這樣的話，很簡單的道理，加入了緩存，就必然會導致緩存一致性的問題，由此，又引入了緩存一致性協(xié)議。（如果你不知道，建議去百度一下，這里不做展開）
CPU緩存，顧名思義，越貼近CPU的緩存速度越快，容量越小，造價成本也越高，而高速緩存一般可以分為L1、L2、L3三級緩存，按照性能的劃分：L1>L2>L3。
而事實上，數(shù)據(jù)在緩存內部都是按照行來存儲的，這就叫做緩存行。緩存行一般都是2的整數(shù)冪個字節(jié)，一般來說范圍在32-256個字節(jié)之間，現(xiàn)在最為常見的緩存行的大小在64個字節(jié)。
所以，按照這個存儲方式，緩存中的數(shù)據(jù)并不是一個個單獨的變量的存儲方式，而是多個變量會放到一行中。
我們常說的一個例子就是數(shù)組和鏈表，數(shù)組的內存地址是連續(xù)的，當我們去讀取數(shù)組中的元素時，CPU會把數(shù)組中后續(xù)的若干個元素也加載到緩存中，以此提高效率，但是鏈表則不會，也就是說，內存地址連續(xù)的變量才有可能被放到一個緩存行中。
在多個線程并發(fā)修改一個緩存行中的多個變量時，由于只能同時有一個線程去操作緩存行，將會導致性能的下降，這個問題就稱之為偽共享。
為什么只有一個線程能去操作？我們舉個實際的栗子來說明這種情況：
假設緩存中有x,y兩個變量，他們同時已經在不同的三級緩存之中。
這時有兩個線程A和B同時去修改位于Core1和Core2的變量x和y。
如果線程A去修改Core1的緩存中的x變量，由于緩存一致性協(xié)議，Core2中對應的緩存了x,y變量的緩存行將會失效，他會被強制從主內存中重新去加載變量。
這樣的話，頻繁的訪問主內存，緩存基本都失效了，將會導致性能的下降，這就是偽共享的問題。
如何避免？
既然已經知道了什么是偽共享，那么怎么避免這種情況的發(fā)生？
改變行存儲的方式？想都別想了。
剩下可行的方法就是填充，如果這一行只有我這一個數(shù)據(jù)那不就好了嗎？
確實就是這樣，解決方式通常有以下兩種。
字節(jié)填充
在JDK8之前，可以通過填充字節(jié)的方式來避免偽共享的問題，如下代碼所示：
一般而言，緩存行有64字節(jié)，我們知道一個long是8個字節(jié)，填充5個long之后，一共就是48個字節(jié)。
而 Java 中對象頭在32位系統(tǒng)下占用8個字節(jié)，64位系統(tǒng)下占用16個字節(jié)，這樣填充5個long型即可填滿64字節(jié)，也就是一個緩存行。
@Contented注解
JDK8以及之后的版本 Java 提供了sun.misc.Contended 注解，通過@Contented注解就可以解決偽共享的問題。
使用@Contented注解后會增加128字節(jié)的padding，并且需要開啟-XX:-RestrictContended選項后才能生效。
所以，通過以上兩種方式你會發(fā)現(xiàn)，對象頭大小和緩存行的大小都和操作系統(tǒng)位數(shù)有關，JDK的注解幫你解決了這個問題，所以推薦盡量使用注解的方式來實現(xiàn)。
雖然解決了偽共享問題，但是這種填充的方式也浪費了緩存資源，明明只有8B的大小，硬是使用了64B緩存空間，造成了緩存資源的浪費。
而且我們知道，緩存又小又貴，時間和空間的取舍要自己酌情考慮。
實際應用
在Java中提供了多個原子變量的操作類，就是比如AtomicLong、AtomicInteger這些，通過CAS的方式去更新變量，但是失敗會無限自旋嘗試，導致CPU資源的浪費。
為了解決高并發(fā)下的這個缺點，JDK8中新增了LongAdder類，他的使用就是對解決偽共享的實際應用。
LongAdder繼承自Striped64，內部維護了一個Cell數(shù)組，核心思想就是把單個變量的競爭拆分，多線程下如果一個Cell競爭失敗，轉而去其他Cell再次CAS重試。
解決偽共享的真正的核心就在Cell數(shù)組，可以看到，Cell數(shù)組使用了Contented注解。
在上面我們提到數(shù)組的內存地址都是連續(xù)的，所以數(shù)組內的元素經常會被放入一個緩存行，這樣的話就會帶來偽共享的問題，影響性能。
這里使用Contented進行填充，就避免了偽共享的問題，使得數(shù)組中的元素不再共享一個緩存行。
好了，今天的內容就到這里，我是艾小仙，我的slogan還沒想好，但是我們下次見。
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