伪共享(false share)简介

现代计算机都带有很多缓存，用于解决CPU极快的计算速度和主存读写速度不匹配的问题。计算机的cache结构大概如下图：

 其中主存离CPU比较远，读写速度也最慢，三级缓存（L3）比主存稍微快一点，二级缓存（L2）更快，一级缓存（L1）离CPU最近，读写速度也最快。一般CPU读数据都是先从L1读取，如果L1没有数据，则从L2读取，以此类推，直到主存。

cache的最小组成单位是cache line，每一个缓存都是由很多个cache line组成的。每个cache line的大小一般的32字节或者64字节。cache中的数据操作也是以cache line为单位的，也就是一个cache line上的数据会被同时操作。所以问题来了，看左下的图，假设CPU第一个核需要操作a变量，第二个核需要操作b变量，表面上看来a和b是没有任何关系的，但是不幸的是a和b在同一个cache line中，这样假设核心一修改了变量a的值，那么它将会刷新所有跟a相关的缓存的数据，b变量也就会受到牵连（因为他们在同一个cache line，同生共死）。最后导致的结果就是核心二再去缓存读取b变量的时候cache miss了，需要重新到主存加载新数据，无形中也就带来了性能的损失，这就是所谓的false share（伪共享）。

怎么样避免伪共享呢？一个典型的例子就是lmax disruptor中的缓存行填充技术。假设cache line的大小是64字节，一个cache line能容纳8个long型变量，disruptor中的做法是在long变量的前面和后面分别填充7个long变量，这样就可以避免我们需要的变量和其他变量在同一个cache line，解决伪共享问题。

cache line的存在也是为什么数据存储会比较快的原因，因为数据中的元素在内存中都是在一起的，很多元素也就会在同一个cache line，当加载一个元素的时候，他的相邻的其他元素也会顺便被加载。