Java案例:缓存行和伪共享

本文深入探讨了计算机缓存机制,重点分析了Java中的缓存行(Cache Line)和伪共享(False Sharing)现象。通过实例代码展示了如何避免伪共享导致的性能下降,包括不填充缓存行、手动填充以及使用Java 8的@Contended注解实现变量独占缓存行。实验结果显示,正确配置和使用缓存策略可以显著提升程序执行效率。

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一、计算机缓存机制

  • CPU是计算机的大脑,所有程序,最终都要变成CPU指令在CPU中去执行。CPU计算速度非常快,程序必须存储在存储介质中,程序启动之后被加载到内存中才能执行,但是内存读取速度和CPU计算速度之间存在巨大差异。为了解决这个计算速度之间的差异,就在CPU上增加了缓存来解决这个问题。通常情况下,CPU是三级缓存结构。
    在这里插入图片描述

  • 越靠近CPU的缓存,其容量就越小,但是其速度就越快。速度:L1 > L2 > L3;容量:L1 < L2 < L3
    在这里插入图片描述

  • 如上图所示,i5-6500CPU三级缓存,L1为256KB,L2为1.0M,L3为6.0M。当CPU在执行计算的时候,先去L1查找数据,没找到再去L2找,没找到再去L3找,如果都没有数据则需要到主存中去加载,走得越远,运算耗时就越长。因此,对于一些高CPU的计算,尽量确保数据都能在L1中,降低加载次数。

二、缓存行和伪共享

(一)缓存行(Cache Lin

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