# Java缓存行实现指南
## 引言
Java缓存行优化是一种优化技术,可以提高程序的性能。在本文中,我将向你解释什么是Java缓存行,以及如何实现它。我将使用表格展示整个流程,并提供每个步骤所需的代码示例和注释。
## 什么是Java缓存行
Java缓存行是计算机内存中一段连续的内存区域,通常为64字节。当CPU从内存中读取数据时,它会将整个缓存行加载到CPU缓存中。如果我们能够利用好            
                
                    
                        
                                                            
                                                                        
                                                                                        原创
                                                                                    
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            CPU缓存行缓存是由缓存行组成的,通常是 64 字节(常用处理器的缓存行是 64 字节的,比较旧的处理器缓存行是 32 字节),并且它有效地引用主内存中的一块地址。一个 Java 的 long 类型是 8 字节,因此在一个缓存行中可以存 8 个 long 类型的变量。在程序运行的过程中,缓存每次更新都从主内存中加载连续的 64 个字节。因此,如果访问一个 long 类型的数组时,当数组中的一个值被            
                
                    
                        
                                                            
                                                                        
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            首先应该理解为什么需要缓存。在计算机的组成中,关于存储这一块是分层设计的,访问速度从快到慢主要分为:CPU的L1缓存、CPU的L2缓存、CPU的L3缓存、主内存、SSD硬盘、机械硬盘。其实一开始并没有L1、L2、L3缓存,但CPU访问内存的速度还是慢,在这个过程中CPU只能等,为了优化这一点,在CPU内部加入了这些缓存,主要用于存放内存中的热点数据。举个特例来说,CPU内部的缓存是按缓存行存储的,            
                
                    
                        
                                                            
                                                                        
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            总结:CPU处理时是依次从L1,L2,L3,物理内存中取数据。如果该层没找到就找下一层,访问速度逐步降低。Lx中是按行进行缓存的,即缓存行,是最小访存单位,类似磁盘一个(扇区?)。所以,如果大部分相关数据都在一个缓存行(通常64字节)中,访问一次就可以获取到所有的数据。提高性能如何将相关数据都放到一个缓存行?这就需要分析缓存行是怎么存数据的:按照加载顺序,例如将相关代码都放到一个数组,加载数组时,            
                
                    
                        
                                                            
                                                                        
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             通过消息队列进行数据同步至 Redis,然后 Java 应用直接去取缓存。这个阶段的优点是:由于是使用的分布式缓存,所以数据更新快。缺点也比较明显:依赖 Redis 的稳定性,一旦 Redis 挂了,整个缓存系统不可用,造成缓存雪崩,所有请求打到 DB。第二,三阶段:JavaMap 到 Guava Cache 这个阶段使用进程内缓存作为一级缓存,Redis 作为二级。优点:不受外部系统            
                
                    
                        
                                                            
                                                                        
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            @sun.misc.Contended 介绍
@sun.misc.Contended 是 Java 8 新增的一个注解,对某字段加上该注解则表示该字段会单独占用一个缓存行(Cache Line)。
这里的缓存行是指 CPU 缓存(L1、L2、L3)的存储单元,常见的缓存行大小为 64 字节。            
                
                    
                        
                                                            
                                                                        
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            Java 缓存行和伪共享最近看了一本书,因为以前不太了解底层原理,所以这块比较薄弱,所以通过本文做下记录和总结。1.缓存行和伪共享的概念1.1 概念阐述在计算机系统中,内存是以【缓存行】为单位存储的,一个缓存行存储的字节是2的倍数。不同机器上,缓存行大小也不一样,通常来说为64字节。 伪共享是指:在多个线程同时读写同一个【缓存行】上的不同数据时,尽管这些变量之间没有任何关系,但是在多线程之间仍然需            
                
                    
                        
                                                            
                                                                        
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            缓存行对齐:对于有些特别敏感的数字,会存在线程高竞争的访问,为了保证不发生伪共享,可是使用缓存行对齐的编程方式。disruptor:
public long p1,p2,p3,p4,p5,p6,p7 //cathe padding
private volatile cursor = INITIAL_CURSOR_VALUE;
public long p8,p9,p10,p11,p12,p13            
                
                    
                        
                                                            
                                                                        
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            在最近的面试中,我曾被多次问到,怎么实现一个最近最少使用(LRU)的缓存。缓存可以通过哈希表来实现,然而为这个缓存增加大小限制会变成另一个有意思的问题。现在我们看一下怎么实现。 最近最少使用缓存的回收  为了实现缓存回收,我们需要很容易做到:  查询出最近最晚使用的项 给最近使用的项做一个标记  链表可以实现这两个操作。检测最近最少使用的项只需要返回链表的尾部。标记一项为最近使用的项只需要从当前            
                
                    
                        
                                                            
                                                                        
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            最近再ITEYE上看到关于讨论JAVA缓存技术的帖子比较多,自己不懂,所以上网大概搜了下,找到一篇,暂作保存,后面如果有用到可以参考。此为转贴,帖子来处:http://cogipard.info/articles/cache-static-files-with-jnotify-and-ehcache 介绍 JNotify:http://jnotify.sourceforge.n            
                
                    
                        
                                                            
                                                                        
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            二、解析1. 硬件层的并发优化基础知识存储器的层次结构图如下:各级缓存耗时对比:采用分层缓存的层次结构会带来数据不一致问题,如下图:那么如何保证数据的一致性,现代CPU处理办法有两种:(1) 锁系统总线;(2) 利用缓存一致性协议MESI(Intel处理器用的比较多,还有很多其他的缓存一致性协议),大致结构如下图:2. CPU的乱序执行CPU中有个乱序执行的概念,概念图如下:CPU在执行指令的时候            
                
                    
                        
                                                            
                                                                        
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            1、高速缓存由来:处理器处理能力原因大于主内存(DRAM)访问速率,为了弥补这个差距,引入了高速缓存。高速缓存是一种存取速率远比主内存大而容量远比主内存小的存储部件,每一个处理器都有其高速缓存。在引入高速缓存之后,处理器执行读、写操作时就不直接操作主内存,而是通过高速缓存执行的。变量名相当于内存地址,变量值相当于相应内存空间中存储的数据。可以理解为,高速缓存为程序中的数据做了一份对应主内存的副本,            
                
                    
                        
                                                            
                                                                        
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            本文基于 OpenJDK 8 ~ 14 的版本JEP 142 内容用于将某个或者某些需要多线程读取和修改的 field 进行缓存行填充。同时由于 Java 8 之前对于缓存行填充的方式,比较繁琐且不够优雅,还有可能缓存行大小不一的问题,所以这个 JEP 中引入了 @Contended 注解。什么是缓存行填充以及 False SharingCPU 缓存结构:CPU 只能直接处理寄存器中的数据,从上面            
                
                    
                        
                                                            
                                                                        
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            ## 利用缓存行提高Java程序性能的流程
为了提高Java程序的性能,我们可以利用缓存行来优化内存访问。缓存行是计算机内存中的基本单位,一般为64字节。当CPU访问内存时,会将一整个缓存行读取到CPU缓存中,而不仅仅是所需的数据。因此,如果我们能够合理地利用缓存行,可以减少内存访问的次数,提高程序的性能。
下面是利用缓存行提高Java程序性能的流程:
| 步骤 | 动作 |
| --- |            
                
                    
                        
                                                            
                                                                        
                                                                                        原创
                                                                                    
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            # Java独占缓存行实现指南
作为一名经验丰富的开发者,我很高兴能帮助你了解如何在Java中实现独占缓存行。独占缓存行是一种优化技术,用于减少缓存行之间的竞争,提高多线程程序的性能。下面,我将详细介绍实现独占缓存行的步骤和代码示例。
## 1. 理解缓存行
首先,我们需要了解什么是缓存行。在现代计算机系统中,CPU缓存通常被组织成多个缓存行。每个缓存行可以存储多个数据项。当多个线程同时访问            
                
                    
                        
                                                            
                                                                        
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            为了解决计算机系统中主内存与CPU之间运行速度差问题,会在CPU与主内存之间添加一级或者多级高速缓冲存储器(Cache)。这个Cache一般是被集成到CPU内部的,所以也叫CPUCache,如图所示是两级Cache结构。 在Cache内部是按行存储的,其中每一行称为一个Cache行。Cache行是Cache与主内存进行数据交换的单位,Cache行的大小一般为2的幕次数字节。目前主流的CP            
                
                    
                        
                                                            
                                                                        
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            环形缓冲区,又称为环形队列,是一种定长为N的先进先出的数据结构,在进程间的异步数据传输或记录日志文件时十分有用。两个不同进程共享一块缓存区域,当缓存区为空时,缓存读取进程会在数据存入缓存区前等待,当缓存区满时,缓存写入进程会等待读取进程读取了一部分数据后,再将数据存入缓冲区。代码和通俗易懂的注释如下所示:public class RingBuffer<Item> {
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            缓存行        由于CPU的速度远远大于内存速度,为提高CPU的速度,CPU中加入了缓存(cache),缓存分为三级L1,L2,L3。级别越小越接近CPU, 速度更快, 同时容量越小。每个缓存里面是以缓存行为单位存储的。缓存行是2的整数幂个连续字节,一般为32-256个字节,最常见的缓存行大小是64个字节。&nb            
                
                    
                        
                                                            
                                                                        
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            一、缓存行(cache line)
CPU的缓存是以缓存行(cache line)为单位进行缓存的,当多个线程修改不同变量,而这些变量又处于同一个缓存行时就会影响彼此的性能。缓存行通常是 64 字节,并且它有效地引用主内存中的一块地址。一个 Java 的 long 类型是 8 字节,因此在一个缓存行中可以存 8 个 long 类型的变量。二、缓存行的填充解决伪共享最直接的方法就是填充(paddin            
                
                    
                        
                                                            
                                                                        
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            伪共享原因缓存系统中是以缓存行(cache line)为单位存储的。缓存行是2的整数幂个连续字节,一般为32-256个字节。最常见的缓存行大小是64个字节。当多线程修改互相独立的变量时,如果这些变量共享同一个缓存行,就会无意中影响彼此的性能,这就是伪共享。Java内存布局(Java Memory Layout)对于HotSpot JVM,所有对象都有两个字长的对象头。第一个字是由24位哈希码和8位            
                
                    
                        
                                                            
                                                                        
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