Java:缓冲行(cache line)的一些问题

Question

对缓冲行我还有些地方不太理解，
1 缓存一致性下缓冲行失效是不是仅针对volatile，如果不是volatile变量应该不会有这种问题吧？
2 具体实践的时候，什么情况下才进行缓冲行填充？所有高并发情况下成员volatile变量频繁写的类都要进行缓冲行填充吗？都要使用disruptor框架？

Answer 1

准确来说确实不是针对volatile，而是解决了volatile内存可见性带来的false sharing问题的。如果不是volatile这种问题应该不会存在。

具体实践中，也是一般针对基本数据类型的volatile比较合适，因为行缓冲中的cache line的大小一般也就只有64字节而已。

除了disruptor框架，你可以查看hystrix和java8中的Long adder

Answer 2

前几天刚看了几篇相关文章，说一下我的理解吧，权作交流，有不对的地方还请指正。

首先说说我对题目中的几个相关重要概念的理解：

1. 缓存一致性是指的由于CPU缓存的存在导致的并发访问时多个CPU缓存中的数据不一致的问题。
2. volatile关键字是在java中使用内存屏障来解决缓存一致性问题的方式。
3. 缓存行是CPU本身优化缓存使用效率的一种机制，也即从内存到CPU缓存的数据操作是以行为单位的，这一行中可能包含多个变量，而由于该机制，结合MESI协议，当并发操作同一行的不同变量的时候就会产生伪共享问题，也即对不同变量的操作却产生了竞争问题有了同步锁，这种不必要的锁当然会影响性能。

然后，针对题主的问题，说说我的看法：

1. volatile是用于解决缓存一致性问题，因为volatile实际上只是保证了对CPU缓存的操作立即flush到内存，此时的flush依然是以缓存行为单位的，也即你对某缓存行中的单个变量的volatile实际上是应用到了整个缓存行的所有变量，进而会有不同变量的不必要的操作同步，影响性能，此时便需要解决这个问题。
2. 缓存行填充就是为了解决伪共享产生的性能问题的，实现方式是使用无用变量填充掉特定行多余部分。所以具体实现的时候，我认为一般情况下，为了性能上的考虑，对volatile变量最好还是应用缓存行填充，而高并发写情况下那是毋庸置疑必须进行填充，否则伪共享问题就真的成了他们所说的“性能杀手”了。
3. 而不在volatile的情况下，缓存行依然存在，只不过若没有涉及到并发写，就不会有伪共享问题，但如果涉及到并发写，又会用volatile来解决缓存一致性问题。所以从这个角度来说，volatile也算是与缓存行填充一一对应。但有一点还是有必要分清楚，缓存行其实并不与volatile直接关联，而是与同一缓存行中不同变量的并发写直接关联，volatile是解决并发写，缓存行填充是解决并发写时flush缓存行产生的伪共享性能问题。

最后总结一下题主两个问题的答案：

1. 缓存一致性是一个需要解决的问题，volatile和缓存行填充是解决两个不同但有一定关联关系的问题的方式，如果没有并发写，也就没有缓存一致性问题，也就不需要volatile和缓存行填充了
2. 缓存行填充是为了解决伪共享问题，理论上来说，所有并发写入同一缓存行的不同变量的操作都会产生伪共享问题，高并发下volatile变量频繁写肯定需要进行缓存行填充。至于disruptor框架，不巧我还不是很了解，但如果你能手动进行缓存行填充的话，也不是必须要用吧？