开启掘金成长之旅!这是我参与「掘金日新计划 · 12 月更文挑战」的第30天,点击查看活动详情
著名的Java并发编程大师Doug lea在JDK 7的并发包里新增一个队列集合类Linked-TransferQueue,它在使用volatile变量时,用一种追加字节的方式来优化队列出队和入队的性能。LinkedTransferQueue的代码如下:
/** 队列中的头部节点 */
private transient final PaddedAtomicReference<QNode> head;
/** 队列中的尾部节点 */
private transient f?inal PaddedAtomicReference<QNode> tail;
static final class PaddedAtomicReference <T> extends AtomicReference T> {
// 使用很多4个字节的引用追加到64个字节
Object p0, p1, p2, p3, p4, p5, p6, p7, p8, p9, pa, pb, pc, pd, pe;
PaddedAtomicReference(T r) { super(r); }
}
public class AtomicReference <V> implements java.io.Serializable {
private volatile V value; // 省略其他代码
}
为什么使用15个Object变量能提高队列的出队和入队的性能呢?
LinkedTransferQueue它使用一个内部类类型来定义队列的头节点(head)和尾节点(tail),而这个内部类PaddedAtomicReference相对于父类AtomicReference只做了一件事情,就是将共享变量追加到64字节。
我们可以看到15个Object变量是60个字节,它继承的AtomicReference类中含有一个V类型的对象引用占用4个字节,这样相当于PaddedAtomicReference这个类型的对象直接是64个字节。
为什么追加64字节能够提高并发编程的效率呢?因为对于英特尔酷睿i7、酷睿、Atom和NetBurst,以及Core Solo和Pentium M处理器的L1、L2或L3缓存的高速缓存行是64个字节宽,不支持部分填充缓存行,这意味着,如果队列的头节点和尾节点都不足64字节的话,处理器会将它们都读到同一个高速缓存行中,在多处理器下每个处理器都会缓存同样的头、尾节点,当一个处理器试图修改头节点时,会将整个缓存行锁定,那么在缓存一致性机制的作用下,会导致其他处理器不能访问自己高速缓存中的尾节点,而队列的入队和出队操作则需要不停修改头节点和尾节点,所以在多处理器的情况下将会严重影响到队列的入队和出队效率。Doug lea使用追加到64字节的方式来填满高速缓冲区的缓存行,避免头节点和尾节点加载到同一个缓存行,使头、尾节点在修改时不会互相锁定。
那么是不是在使用volatile变量时都应该追加到64字节呢?不是的。在两种场景下不应该使用这种方式。 ·缓存行非64字节宽的处理器。如P6系列和奔腾处理器,它们的L1和L2高速缓存行是32个字节宽。 ·共享变量不会被频繁地写。因为使用追加字节的方式需要处理器读取更多的字节到高速缓冲区,这本身就会带来一定的性能消耗,如果共享变量不被频繁写的话,锁的几率也非常小,就没必要通过追加字节的方式来避免相互锁定。
但是!你在jdk源码中会发现并没有这么使用,这是为什么呢?
其实在真正的创建对象时,自己创建Object p0....那些东西因为没有使用,被自己优化掉了,达不到补齐缓存行的效果。所以后来也就去掉了!
在ifeve.com/false-share… 中提到:
之前没理解,现在理解了,放到jdk8中 大致原理如下:
PaddedAtomicReference类如果只对final的Node类可见(就是说PaddedAtomicReference不能再被继承了)。这样一来编译器就会“知道”它正在审视的是所有可以看到这个填充字段的代码,这样就可以证明没有行为依赖于p1到pe这些字段。那么“聪明”的JVM会把上面这些丝毫不占地方的字段统统优化掉。
精彩!我仿佛看到前人在讨论java的根基,一些前辈用自己的知识力量撼动orcal设计的jdk,我就是一名弱者看着历史的进步,看到他们的思考确实在后面得到了实现。
@Contended注解也在JDK8中被一些jdk源码使用,用于补齐填充,减少伪共享!