对于伪共享的错误理解

Posted 2021-03-24 cold-windy

昨天学到了伪共享，基本理解了大致的意思：

1，数据变量存储的基本单位是缓存行，有计算机操作系统基础的都知道，现代的计算机为了解决cpu和主存之间的速度差异（主要是cpu比主存的与运行速度快太多了），提出了cache的概念，也就是缓存，一般会有多级缓存，这个不多说。但是现在的这些缓存行的大小一般都是蛮大的，比如说有64个字节，所以一个缓存行就可以存储多个变量，比如说一个long类型的变量是8个字节，所以一行可以扔8个long。

2.那么现在cpu读取数据就是要读取这个数据在的缓存行，而且现在问题来了，由于什么MESI协议（cv过来的），

MESI协议

多核CPU都有自己的专有缓存（一般为L1，L2），以及同一个CPU插槽之间的核共享的缓存（一般为L3）。不同核心的CPU缓存中难免会加载同样的数据，那么如何保证数据的一致性呢，就是MESI协议了。
在MESI协议中，每个Cache line有4个状态，可用2个bit表示，它们分别是：
M(Modified)：这行数据有效，数据被修改了，和内存中的数据不一致，数据只存在于本Cache中；
E(Exclusive)：这行数据有效，数据和内存中的数据一致，数据只存在于本Cache中；
S(Shared)：这行数据有效，数据和内存中的数据一致，数据存在于很多Cache中；
I(Invalid)：这行数据无效。

那么，假设有一个变量i=3（应该是包括变量i的缓存块，块大小为缓存行大小）；已经加载到多核（a,b,c）的缓存中，此时该缓存行的状态为S；此时其中的一个核a改变了变量i的值，那么在核a中的当前缓存行的状态将变为M，b,c核中的当前缓存行状态将变为I

在多核计算机中，也就是现在有多个cpu，一个cpu读取了变量a所在的缓存行以后，对于这个缓存行它就失效了，所以导致一个关键的问题。

3.是什么问题呢？就是一个缓存行中可能不止有个a还有一个b，在a的旁边，那么假如现在cpu1读取了变量a，那么变量b也就不能在用了，所以对于现在有个cpu2想用这个b，那么它就不能用缓存里的，只能到主存中去拿，那么肯定会变慢啊（不然为什么加缓存）。感觉这里特别像被volatile修饰了一样。

4.对于这个问题解决方法我就不多说了。我说一下，我脑子不好的问题，思想出了问题，我在想的是既然已经加了volatile修饰，那么肯定会到主存中拿数据啊，为什么会变慢呢？良久以后，我发现了问题所在，volatile修饰的只是a，那么对于cpu2来说，他只是想要一个b，跟a又有什么关系呢？他可以从cache中拿啊，而且对于没有被volatile修饰的变量来说，你即使发生了伪共享，但是不会触及到主存那一块中，因为没有被volatile修饰以后，它就不会每次修改以后都更新主存中的值他只是一个普通的变量，存在可见性的问题，那么即使别的内核需要更新缓存行，也就不会有正确的结果，相应的速度也就比有修饰volatile的快了，因为jvm会将这些值存储在线程栈中,不会及时回写给主内存， 各个线程之间也就不会互相干扰。

5.我不知道我这么想对不对，但是这是我看了蛮多博客以后的结论了，如果你觉得有问题，或者有疑义，可以评论告诉我。