java并发编程(一)缓存一致性协议

多线程环境下存在的问题 缓存一致性问题,指令重拍问题,可见性,有序性,

缓存一致性问题

在多处理器系统中,每个处理器都有自己的高速缓存,而它们又共享同一主内存(MainMemory)。基于高速缓存的存储交互很好地解决了处理器与内存的速度矛盾,但是也引入了新的问题:缓存一致性(CacheCoherence)。当多个处理器的运算任务都涉及同一块主内存区域时,将可能导致各自的缓存数据不一致的情况,如果真的发生这种情况,那同步回到主内存时以谁的缓存数据为准呢?为了解决一致性的问题,需要各个处理器访问缓存时都遵循一些协议,在读写时要根据协议来进行操作,这类协议有MSI、MESI(IllinoisProtocol)、MOSI、Synapse、Firefly及DragonProtocol,等等

这里我们主要分享下MESI协议

缓存行的四个状态:MESI中每个缓存行都有四个状态,分别是M(modified)、E(exclusive)、S(shared)、I(invalid)。下面我们介绍一下这四个状态分别代表什么意思。

M:代表该缓存行中的内容被修改了,并且该缓存行只被缓存在该CPU中。这个状态的缓存行中的数据和内存中的不一样,在未来的某个时刻它会被写入到内存中(当其他CPU要读取该缓存行的内容时。或者其他CPU要修改该缓存对应的内存中的内容时(个人理解CPU要修改该内存时先要读取到缓存中再进行修改),这样的话和读取缓存中的内容其实是一个道理)。

E:E代表该缓存行对应内存中的内容只被该CPU缓存,其他CPU没有缓存该缓存对应内存行中的内容。这个状态的缓存行中的内容和内存中的内容一致。该缓存可以在任何其他CPU读取该缓存对应内存中的内容时变成S状态。或者本地处理器写该缓存就会变成M状态。

S:该状态意味着数据不止存在本地CPU缓存中,还存在别的CPU的缓存中。这个状态的数据和内存中的数据是一致的。当有一个CPU修改该缓存行对应的内存的内容时会使该缓存行变成 I 状态。

I:代表该缓存行中的内容时无效的。

我理解的MESI协议,当当前cpu读取对应内容时是E(独享),其他cpu读取后E(独享)->S(共享),当前cpu进行写入时候S->M(修改),同时其他cpu S(共享)状态转化为-> I(失效)

理解这个流程就可以不用死记硬背了

缓存一致性协议只能解决数据不大于一个缓存行的情况,如果数据大于一个缓存行,那么还是需要使用总线锁

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