伪共享（False Sharing）是指在多线程环境中，多个线程并发访问不同的变量，这些变量被缓存到同一个缓存行中，导致性能下降。尽管这些线程访问的是不同的变量，但由于它们位于同一个缓存行内，它们之间的访问会相互影响，产生不必要的缓存同步，从而影响程序性能。

伪共享的原因

伪共享的出现主要是由于以下几个原因：

1. CPU缓存行的存在：

   • 现代CPU有多个层次的缓存（如L1、L2、L3缓存），这些缓存是为了加速数据访问。CPU缓存通常以缓存行（Cache Line）为单位来存储数据。
   • 通常，缓存行的大小是64字节，意味着一个缓存行可以存储64字节的数据。

2. 变量存储在相同的缓存行：

   • 当多个线程访问不同的变量时，如果这些变量恰好被存储在同一个缓存行中，那么它们就会发生伪共享。
   • 即使不同线程访问的是不同的变量，CPU也会把整个缓存行加载到缓存中。当一个线程修改缓存行中的某个变量时，其他线程也会受到影响，即使它们访问的是缓存行中的其他变量，因为整个缓存行会被标记为失效，从而导致频繁的缓存一致性操作（如缓存同步、无效化）。

3. 缓存一致性协议：

   • 为了确保不同CPU核心之间的数据一致性，CPU会使用缓存一致性协议（如MESI协议）。当一个线程修改了缓存行中的数据，其他线程会被通知缓存行已经发生变化，导致缓存失效和同步。
   • 如果多个线程访问同一个缓存行中的不同变量，频繁的缓存失效和同步会导致性能下降，这就是伪共享的本质。

伪共享的表现

伪共享会导致以下问题：

• 性能下降：当多个线程频繁修改和读取存储在同一个缓存行中的数据时，会导致缓存行频繁地被失效和同步，增加了缓存一致性操作的开销，从而降低了程序的整体性能。
• CPU缓存争用：尽管访问的是不同的数据，但由于这些数据在同一个缓存行中，多个线程在并发访问时会导致缓存争用。

如何避免伪共享

为了避免伪共享，可以采取以下几种方法：

1. 缓存行对齐：

   • 使用适当的方式将共享变量对齐到不同的缓存行。可以通过 @sun.misc.Contended 注解或使用 @NoUnroll 注解来强制将数据放置到不同的缓存行中。
   • 在一些场景下，可以通过手动填充“填充字节”或调整数据结构来避免多个变量位于同一缓存行。

2. Padding技术：

   • 通过在共享变量之间插入“填充”变量来确保不同的变量位于不同的缓存行中。这种方式通过使用多余的内存来避免变量之间共享缓存行，降低缓存一致性协议带来的性能开销。

   例如，如果一个变量占用64字节的缓存行，则可以在变量之间插入一些无用的空字段，以确保变量不被放置在同一个缓存行中。

3. 设计数据结构：

   • 将经常一起访问的数据放在一起，而将不常访问的数据放在不同的缓存行中。这种设计能够最大限度地避免伪共享的发生。