摘要：有一句名言計(jì)算機(jī)科學(xué)中的任何問(wèn)題都可以通過(guò)加上一層間接層來(lái)解決，一層不夠就再加一層。計(jì)算機(jī)科學(xué)的確是靠著一層又一層的抽象與封裝解決了巨量的問(wèn)題。

David John Wheeler有一句名言“計(jì)算機(jī)科學(xué)中的任何問(wèn)題都可以通過(guò)加上一層間接層來(lái)解決”，一層不夠就再加一層。后半句是我加的 (*￣︶￣) ，雖然有點(diǎn)玩笑的意思，但是也的確能說(shuō)明一些問(wèn)題。計(jì)算機(jī)科學(xué)的確是靠著一層又一層的抽象與封裝解決了巨量的問(wèn)題。

我們來(lái)簡(jiǎn)單回顧一下：
開(kāi)始的時(shí)候是程序員直接輸入二進(jìn)制指令來(lái)操縱硬件的，不僅性能低下還很耗費(fèi)用戶時(shí)間；
于是后來(lái)出現(xiàn)了操作系統(tǒng)，用文件、進(jìn)程與線程、地址空間抽象了磁盤(pán)、CPU與內(nèi)存，統(tǒng)一和簡(jiǎn)化了硬件訪問(wèn)方式；
機(jī)器語(yǔ)言對(duì)用戶不友好，于是便出現(xiàn)了匯編語(yǔ)言、中級(jí)語(yǔ)言（如C）、高級(jí)語(yǔ)言（如Java）的包裝，其最終執(zhí)行還是要轉(zhuǎn)化為機(jī)器語(yǔ)言；
裸高級(jí)語(yǔ)言大家還用得不爽，覺(jué)得開(kāi)發(fā)效率低，于是又出現(xiàn)了各種框架（如Spring、Hibernate）
......

這樣一層一層抽象包裝下來(lái)，我們要想實(shí)現(xiàn)一個(gè)功能比如定時(shí)寫(xiě)文件等已經(jīng)變成了很簡(jiǎn)單的事，只需要幾行代碼就搞定了。
但是抽象層數(shù)過(guò)多就會(huì)導(dǎo)致我們頂層的用戶有時(shí)候會(huì)出現(xiàn)一些莫名其妙的問(wèn)題，我們用一個(gè)實(shí)際的案例偽共享來(lái)說(shuō)明一下

public class FalseSharing {

    private static AtomicLong time = new AtomicLong(0);

    public static void main(String... args) throws InterruptedException {
        int testNum = 50;
        for (int i = 0 ; i< testNum;i++){// 測(cè)試50次
            Thread thread = new Thread(new Job());
            thread.start();
            thread.join();
        }
        System.out.println(time.get()/1000/testNum + " us,avg");
    }

    static class Job implements Runnable{
        @Override
        public void run() {
            int number = 8;
            int iterationNumber = 20000;
            CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(number);
            Obj[] objArray = new Obj[number];
            for (int i = 0;i < number;i++) {
                objArray[i] = new Obj();
            }

            long start = System.nanoTime();
            for (int i = 0;i < number;i++){
                int ii = i;
                Thread thread = new Thread(new Runnable() {
                    int iterationNumberInner = iterationNumber;
                    @Override
                    public void run() {
                        while (iterationNumberInner-->0){
                            objArray[ii].aLong+=1L;
                        }
                        countDownLatch.countDown();
                    }
                });
                thread.start();
            }
            try {
                countDownLatch.await();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            long end = System.nanoTime();
            time.getAndAdd(end-start);

        }
    }

    @Contended
    private static final class Obj{
        private volatile long aLong = 8L;//8Bytes
//        private volatile long a=2L,b=2L,c=2L,d=2L,e=2L,f=2L,g=2L;//*****
    }
}

全部代碼在此，為了避免Java JIT（這也是一層抽象）的影響，我們每次執(zhí)行都要加參數(shù)-Xint來(lái)強(qiáng)制使用解釋模式。
在我的機(jī)器上（4core,8processor,Core-i7），直接運(yùn)行這段代碼得到結(jié)果1是4594 us,avg這個(gè)級(jí)別，在結(jié)果1基礎(chǔ)上把//*****一行取消注釋得到結(jié)果2是3916 us,avg 這個(gè)級(jí)別，在結(jié)果1基礎(chǔ)上運(yùn)行參數(shù)加上-XX:-RestrictContended使得@Contended起作用就能得到結(jié)果3是3466 us,avg。

這時(shí)候頂層用戶就會(huì)莫名奇妙了，怎么多了幾個(gè)字段運(yùn)行時(shí)間反而減小了？怎么加上@Contended后時(shí)間就更短了？
從Java代碼這一層次的抽象來(lái)看，完全是沒(méi)有問(wèn)題的，那么問(wèn)題究竟在哪呢？

我們知道一個(gè)CPU中的每個(gè)核是有自己的Cache的，高級(jí)別的L1是自己私有的，更低級(jí)別的L2、L3等可能是私有的，也可能是不同核共享的。這些不同級(jí)別的緩存（一次訪問(wèn)時(shí)間在幾個(gè)ns左右）是用來(lái)彌補(bǔ)CPU的快速（一個(gè)周期通常零點(diǎn)幾個(gè)ns）和內(nèi)存訪問(wèn)的慢速（一次訪問(wèn)時(shí)間在幾十個(gè)ns）之間的鴻溝的，而且是以CacheLine Size: N Bytes（Core-i7是64）為基本單位的，依據(jù)局部性原理一次性把內(nèi)存中該訪問(wèn)變量周?chē)?strong>N Bytes內(nèi)容拷貝到Cache中，如果一個(gè)對(duì)象不夠N Bytes，就有可能和幾個(gè)對(duì)象共用一個(gè)CacheLine，這樣一個(gè)線程刷新Cacheline就會(huì)導(dǎo)致其他線程的緩存失效，要去更低級(jí)別的Cache甚至內(nèi)存訪問(wèn)，就大大降低了訪問(wèn)速度。

這樣回到剛才的問(wèn)題，多加幾個(gè)字段能在一定程度上增大該對(duì)象所占空間，減小共用CacheLine的幾率，所以訪問(wèn)時(shí)間減少了，而@Contended則使得一個(gè)對(duì)象一個(gè)CacheLine，直接幫我們避免了偽共享，所以訪問(wèn)時(shí)間更少了。要解決這個(gè)問(wèn)題，光知道Java這一層抽象（語(yǔ)法、JDK API等）是不可能的，還得懂操作系統(tǒng)、甚至CPU芯片原理這些層抽象才行。

再比如說(shuō)，JVM幫我們把C/C++的手動(dòng)內(nèi)存管理封裝了一層抽象做到內(nèi)存自動(dòng)管理從而解放了我們，我們當(dāng)然用得很爽，但是如果我們不懂這一層的抽象與封裝，那么程序OOM的時(shí)候就只能傻眼了。

最后總結(jié)一下，計(jì)算機(jī)科學(xué)中的任何問(wèn)題都可以通過(guò)加上一層間接層來(lái)解決，這是很正確的，但是也正是因?yàn)橐粚右粚拥某橄蠛桶b，導(dǎo)致出了問(wèn)題后很難定位，你都不知道問(wèn)題究竟是出現(xiàn)在哪一層。所以要想提高技術(shù)水平不僅要知其然（看得見(jiàn)最頂層的包裝）也要知其所以然（看得見(jiàn)底層的包裝），每一層如果都懂或者說(shuō)了解一些，那么出了問(wèn)題很大程度上都可以憑直覺(jué)定位，即使不能憑直覺(jué)也可以通過(guò)各種手段debug，只會(huì)最頂層的抽象很多時(shí)候就只能望bug興嘆了。

訪問(wèn)原文，來(lái)自MageekChiu。