Caching 理解并行HashMap实现的缓存线失效和条带锁

如果我们在内存中为并发hashmap将条带锁彼此放得非常近，那么缓存线的大小可能会影响性能，因为我们将不得不不必要地使缓存无效。如果在条带锁数组中添加填充，将提高性能

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有人能解释一下吗？

从非并发hashmap开始，基本原则如下：

为键和值创建索引结构（通常是一个数组或一组数组）

获取密钥的哈希值

将其减小到阵列的大小之内。（模运算很简单，因此如果散列值是123439281，并且有31个可用插槽，那么我们使用

123439281%31

，它是

9

，并将其用作索引）

看看那里是否有一个键，如果有，它是否匹配（等于）

如果密钥是新的，则存储该密钥和值

同样的方法也可用于查找给定键的值（或查找没有值）

当然，如果同一个插槽中有一个密钥与您所关心的密钥不相等，则上述方法不起作用，并且有不同的处理方法，主要是继续在不同的插槽中查找，直到一个插槽空闲为止，或者让插槽实际充当相等索引对的链接列表。我不想详细讨论这件事

如果您正在寻找其他插槽，则在填充数组后它将无法工作（并且在该点之前会很慢），如果您使用链表来处理冲突，那么如果在同一索引中有多个键，则速度将非常慢（随着情况变得更糟，您想要的O（1）将越来越接近O（n））。无论哪种方式，当存储量过大时，您都需要一种调整内部存储大小的机制

好的。这是对hashmap的一个非常高级的描述。如果我们想让它线程安全呢

默认情况下，它不会是线程安全的，例如，两个不同的线程写入不同的密钥，其哈希模降低到相同的值，那么一个线程可能会践踏另一个线程

使hashmap线程安全的最简单方法是，只需在所有操作上使用一个锁。这意味着每个线程都会在其他线程上等待，所以它不会有很好的并发行为。有了一点巧妙的结构，我们就可以拥有多个阅读线程或一个写作线程（但不是两者都有），但这仍然不是很好

可以创建完全不使用锁的安全并发哈希映射（请参阅我在C#中编写的一个哈希映射的描述，或Cliff Click在Java中使用的一个哈希映射，我在C#版本中使用了它的基本方法）

但另一种方法是条带锁

因为映射的基础是一个键值对数组（很可能是哈希代码的缓存副本）或一组数组，并且因为让两个线程一次写入和/或读取数组的不同部分通常是安全的（有一些警告，但我现在将忽略它们）唯一的问题是当两个线程需要相同的插槽时，或者当需要调整大小时

因此，不同的插槽可能有不同的锁，只有在同一插槽上运行的线程才需要彼此等待

调整尺寸的问题仍然存在，但这并不是不可克服的；如果需要调整大小，请获取每一个锁（以设置的顺序，以便防止死锁发生），然后执行调整大小，首先检查是否没有其他线程同时执行相同的调整大小

但是，如果您有一个具有10000个插槽的hashmap，这将意味着10000个锁对象。这占用了大量内存，而且调整大小意味着获得10000个锁中的每一个

条带锁介于单锁方法和按插槽锁方法之间。拥有一个包含一定数量锁的数组，比如说16是一个漂亮的（二进制）整数。当您需要对插槽执行操作时，请获取锁号

插槽索引%16

，然后执行操作。现在，虽然线程可能仍然会阻塞在完全不同的插槽上执行操作的线程（插槽5和插槽21具有相同的锁），但它们仍然可以同时执行许多其他操作，因此这是两个极端之间的中间地带

这就是条带锁在高级别上的工作原理

现在，现代的内存访问是不统一的，因为它不需要相同的时间来访问任意的内存块，因为CPU中有一个级别的缓存（通常至少两个级别）。这种缓存既有好的影响，也有坏的影响

显然，好的效果通常大于坏的，否则芯片制造商不会使用它。如果您访问一块内存，然后访问一块非常靠近它的内存，第二次访问可能会非常快，因为它在第一次读取时已加载到缓存中。写入也得到了改进

一段给定的代码可能希望对彼此靠近的内存块执行多个操作（例如，读取同一对象中的两个字段，或一个方法中的两个局部变量），这已经足够自然了，这就是为什么这种缓存首先起作用的原因。程序员进一步努力在设计代码时尽可能利用这一事实，hashmaps等集合就是一个典型的例子。例如，我们可能将密钥和散列存储在同一个数组中，以便读取其中一个会将另一个带到缓存中以便快速读取，等等

但有时这种缓存会产生负面影响。特别是当两个线程要处理几乎同时彼此接近的内存位时

这不会经常出现，因为线程通常处理自己的堆栈或指向b的堆内存位