什么是伪共享

在计算机组成中，CPU 的运算速度比内存高出几个数量级，为了 CPU 能够更高效地与内存进行交互，在 CPU 和内存之间设计了多层缓存机制，如下图所示。

一般来说，CPU 会分为三级缓存，分别为L1 一级缓存、L2 二级缓存和L3 三级缓存。越靠近 CPU 的缓存，速度越快，但是缓存的容量也越小。所以从性能上来说，L1 > L2 > L3，容量方面 L1 < L2 < L3。

CPU 读取数据时，首先会从 L1 查找，如果未命中则继续查找 L2，如果还未能命中则继续查找 L3，最后还没命中的话只能从内存中查找，读取完成后再将数据逐级放入缓存中。此外，多线程之间共享一份数据的时候，需要其中一个线程将数据写回主存，其他线程访问主存数据。

由此可见，引入多级缓存是为了能够让 CPU 利用率最大化。如果你在做频繁的 CPU 运算时，需要尽可能将数据保持在缓存中。

什么是缓存行

Cache Line 是 CPU 缓存可操作的最小单位，CPU 缓存由若干个 Cache Line 组成。Cache Line 的大小与 CPU 架构有关，在目前主流的 64 位架构下，Cache Line 的大小通常为 64 Byte。Java 中一个 long 类型是 8 Byte，所以一个 Cache Line 可以存储 8 个 long 类型变量。CPU 在加载内存数据时，会将相邻的数据一同读取到 Cache Line 中，因为相邻的数据未来被访问的可能性最大，导致缓存好行失效，这样导致 CPU 频繁与内存进行交互。

查看缓存行命令：
Mac：sysctl machdep.cpu.cache.linesize

Linux：getconf -a|grep CACHE  或者 cat /proc/cpuinfo |grep -I cache

伪共享如何产生的

1. 假设变量 x,y 被加载到同一个 Cache Line，它们会被高频地修改。
2. 当线程 1 在 CPU Core1 中对变量 x 进行修改，修改完成后 CPU Core1 会通知其他 CPU Core 该缓存行已经失效。
3. 然后线程 2 在 CPU Core2 中对变量 y 进行修改时，发现 Cache line 已经失效，此时 CPU Core1 会将数据重新写回内存，CPU Core2 再从内存中读取数据加载到当前 Cache line 中。

缓存一致性协议MESI (opens new window)

每个处理器都有自己的高速缓存，而又共享同一主内存。当多个处理器都涉及同一块主内存区域的更改时，将导致各自的的缓存数据不一致。那同步到主内存时该以谁的缓存数据为准呢？

为了解决一致性的问题，需要各个处理器访问缓存时都遵循一些协议，在读写时要根据协议来进行操作，来保证处理器间缓存的一致性。这类协议有MSI、MESI、MOSI等。

MESI是Modified（修改）、Exclusive（独占）、Shared（共享）、Invaild（失效）四种状态的缩写，是用来修饰缓存行的状态。在每个缓存行前额外使用2bit，来表示此四种状态。

• Modified（修改）：该缓存行仅出现在此cpu缓存中，缓存已被修改，和内存中不一致，等待同步至内存。
• Exclusive（独占）：该缓存行仅出现在此cpu缓存中，缓存和内存中保持一致。
• Shared（共享）：该缓存行可能出现在多个cpu缓存中，且多个cpu缓存的缓存行和内存中的数据一致。
• Invalid（失效）：由于其他cpu修改了缓存行，导致本cpu中的缓存行失效。

如何规避伪共享

目前为止最有效的办法就是，缓存行填充。空间换时间。

Java8优雅解决：@sun.misc.Contended 注意：JVM启动参数加上-XX:-RestrictContended才会生效 最佳实践：ConcurrentHashMap.CounterCell