Gil Tene：了解硬件事务内存

2016年纽约QCon上，Gil Tene在其演讲“了解硬件事务内存”中介绍了硬件事务内存（hardware transactional memory，HTM）。虽然HTM概念不是新的，现在终于有商业硬件支持了。HTM的目的是能够支持在内存中原子的进行多地址写入，以避免与其他合作线程产生不一致的情况。

Tene首先从解释内存缓存的四个状态开始：

• 无效
• 共享
• 排他
• 修改

同时他指出，考虑到硬件事务内存，还有两个额外的状态：

• 缓存行在操作中被读取
• 缓存行在操作中被修改

如果发送下列情况，事务必须被终止：其他CPU希望写入数据、读取已经被修改的数据和CPU希望失效其缓存。

根据Tene说法，硬件事务内存最大优势是摆脱串行块。最终目的是完全并行执行，并且仅在实际访问数据产生实际冲突时进行回滚。这和阿姆达尔定律有关，即当CPU核数越多，对运行速度的实际提升越少。如果应用程序中有10%的串行代码，10核CPU最多只能提速5倍。要实际达到提速10倍，可能需要使用将近100核CPU。

Tene然后介绍了锁竞争和数据竞争。例如当处理大型散列集合时，可能在读写完全不同的区域，但是整个散列集合都需要被加锁。通常锁竞争影响范围会比数据竞争大很多，但是只有数据竞争才会影响CPU的并行工作。因此，仅仅终止产生数据竞争的事务，可以彻底降低阿姆达尔定律影响，加速并行运算。

对于Java同步块，Tene解释了没有竞争的代码库可以和之前运行的速度相同。仅当发生实际数据冲突的地方，将会产生事务回滚，并且让代码并行的重新运行。对于Java应用程序，一旦Java虚拟机使用HTM，该过程是完全透明的，代码上不需要做任何修改。这在Hotspot 8 Java虚拟机的40更新之后实现。Tene页展示了简单的基准测试数据，可视化的展示了硬件事务内存的效果：即使散列集合中又5%的写比例，在增加更多CPU时，性能也能线性增加。

Gil Tene总结指出虽然对于开发者来说HTM使用是透明的，他们还是需要开始考虑应用程序中的数据竞争。多线程不应该修改一个变量，因为这样会导致数据竞争，并因HTM的优势无法被利用而无法提高运行速度。

请注意大部分QCon演讲材料会在会议结束后的几周后免费提供，演示文档可以在大会网站进行下载。同时，您也可以在InfoQ网站上观看关于这一主题对Gil Tene进行的采访。

查看英文原文：Gil Tene: Understanding Hardware Transactional Memory

感谢张龙对本文的审校。

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