我打算写一篇文章，作为一个练习来帮助我理解当缓存失效时发生了什么。毕竟，理解一件事的最好方法就是试着向别人解释。
但请注意，我在这里写的主题超出了我个人的专业领域，所以请注意！
问题：两个 CPU 性能波段
这是该帖子中的一张图表，它说明了这个问题。它显示集群内不同虚拟机实例（节点）的 CPU 利用率。所有节点的配置都相同，包括运行相同的应用程序逻辑和接收相同的流量。
一个低波段的 CPU 利用率约为 15-20%，另一个变化很大，大约为 25%-90%。详细解释见：https://netflixtechblog.com/seeing-through-hardware-counters-a-journey-to-threefold-performance-increase-2721924a2822
缓存和多核
计算机程序将它们需要的数据保存在主内存中。计算机的主存问题是访问速度慢。一个 CPU 指令周期大约是 400ps，访问主内存（DRAM 访问）是 50-100ns，这意味着它需要大约 125-250 个周期。为了提高性能，CPU 将一些内存保存在更快的本地缓存中。
缓存的大小和速度之间存在权衡，因此计算机架构师使用分层缓存设计，在这种设计中，他们拥有多个不同大小和速度的缓存。这是一种与最快的核心缓存（L1 缓存）的交互模式导致了此处描述的问题，因此这是我们将在本文中重点关注的缓存。
如果您是一名计算机工程师，正在设计一个多核系统，其中每个内核都有内核缓存，您的系统必须针对称为缓存一致性的问题实施解决方案。
缓存一致性
想象一个多线程程序，其中每个线程都在不同的内核上运行：
- 线程 T1 在 CPU 1 上运行
- 线程 T2 在 CPU 2 上运行
程序使用了一个变量，我们称之为x。
我们还假设两个线程之前都读取过x，因此与 x 关联的内存被加载到两者的缓存中。所以缓存看起来像这样：
现在假设线程 T1 修改 x，然后 T2 读取 x。
T1 T2
-- --
x = x + 1
if(x==0) {
// shouldn't execute this!
}问题是 T2 的本地缓存已经过时，因此它读取一个不再有效的值。
术语缓存一致性指的是确保多核（或更一般地，分布式）系统中的本地缓存保持同步的问题。
这个问题是通过一个叫做缓存控制器的硬件设备来解决的。缓存控制器可以检测缓存中的值何时在一个内核上被修改，以及另一个内核是否缓存了相同的数据。在这种情况下，缓存控制器会使陈旧的缓存无效。在上面的示例中，缓存控制器将使 T2 中的缓存无效。当 T2 去读取变量 x 时，它必须将数据从主内存读取到内核中。
缓存一致性确保行为是正确的，但每次缓存失效并且必须再次从主内存检索相同的内存时，它都会付出从主内存读取的性能损失。
数据以块的形式进入缓存
假设一个程序需要从主存中读取数据。例如，假设它需要读取名为x的变量。假设x被实现为 32 位（4 字节）整数。当CPU从主存读取时，存放变量x的内存会被带入缓存。
但是 CPU 不会只是将变量x读入缓存。它会将包含变量x的连续内存块读取到缓存中。在 x86 系统上，这个块的大小是 64 字节。这意味着访问编码变量x的 4 个字节实际上最终会带来 64 个字节。
这些存储在高速缓存中的内存块称为高速缓存行。
伪共享
我们现在几乎有足够的上下文来解释故障模式。这是来自 OpenJDK 存储库的 C++ 代码片段。
class Klass : public Metadata {
...
// Cache of last observed secondary supertype
Klass* _secondary_super_cache;
// Array of all secondary supertypes
Array<Klass*>* _secondary_supers;
这在 Klass 类中声明了两个指针变量：_secondary_super_cache和_secondary_supers。因为这两个变量是一个接一个地声明的，所以它们会在内存中并排放置。
这两个变量在主存中是相邻的
_secondary_super_cache 本身就是一个缓存。这是一个非常小的缓存，只有一个值。它在代码路径中用于动态检查特定 Java 类是否是另一个类的子类型。此代码路径不常用，但它确实发生在运行时动态创建类的程序中。
现在想象以下场景：
有两个线程：CPU 1 上的 T1，CPU 2 上的 T2 T1 想要写入 _secondary_super_cache变量并且已经在其 L1 缓存中加载了与 _secondary_super_cache 变量关联的内存 T2 想要从_secondary_supers变量读取并且已经在其 L1 缓存中加载了与 _secondary_supers 变量关联的内存。当 T1（CPU 1）写入 _secondary_super_cache 时，如果 CPU 2 在其缓存中加载了相同的内存块，则缓存控制器将使 CPU 2 中的该缓存行无效。
但是，如果该缓存行包含 _secondary_supers 变量，则 CPU 2 将不得不从内存中重新加载该数据以进行读取，这很消耗性能。
ssc指的是_secondary_super_cache，ss指的是_secondary_supers
这种缓存控制器使核心需要访问的缓存非陈旧数据无效的现象，恰好与陈旧数据位于同一缓存行，称为伪共享。
在这种情况下伪共享的概率是多少？
在这种情况下，这两个变量都是指针。在这个特定的 CPU 架构上，指针是 64 位或 8 字节。L1 缓存行大小为 64 字节。这意味着一个缓存行可以存储 8 个指针。换个说法，一个指针可以占据高速缓存行中 8 个位置中的一个。
只有一种情况两个变量不会在同一缓存行结束：当_secondary_super_cache占据位置 8，而_secondary_supers占据位置 1。在所有其他情况下，这两个变量将占据相同的缓存行，因此将容易受到虚假共享的影响。
1 / 8 = 12.5%，这大致是在这种情况下在低频段观察到的节点数。
