伪共享(False Sharing)产生的来龙去脉

本文探讨了伪共享问题及其对性能的影响。首先介绍了CPU的Cache Memory层次结构,接着讲解了多核环境下缓存一致性协议MESI的工作原理。通过MESI状态的解释,阐述了伪共享如何在不同核心之间导致频繁的缓存失效和数据同步,从而影响程序性能。

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之前读了一篇美团点评技术博客 2016 年发表的文章:高性能队列——Disruptor,里面提到了 ArrayBlockingQueue会因为加锁和伪共享等出现严重的性能问题。

什么是伪共享呢(False Sharing)呢,讲清楚伪共享出现的原因,我们要先理清楚高速缓存和MESI缓存一致性协议。

Cache Memory

我们都知道 CPU 和主内存之间的运算速度是差异巨大的,在现今的 SMP(Symmetric Multiprocessor)System 中,会在 CPU 和主存间设置三级高速缓存,L1L2L3,读取顺序由先到后。实际上 Cache 的设计是经历过变更的,IntelAMD 的实现细节都不尽相同,本文你可以简单理解为,L1 Cache分为指令缓存和数据缓存两种,L2 Cache只存储数据,L1L2 都是每个核心都有,而 L3 被多核共享。

MESI

那么问题来了,多核CPU的情况下有多个 L1 和 L2 缓存,如何保证缓存内部数据的一致,不让系统数据混乱。这里就引出了一个一致性的协议MESI

MESI规定了一个cache line存在四种状态:ModifiedExclusiv

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