正确理解MESI协议

现代处理器的发展历史上，CPU的性能和内存性能差距逐渐拉大，为了解决这一问题，CPU设置了多级缓存结构

其中较为典型的有L1，L2，L3高速缓存

其中L1高速缓存具有和寄存器差不多的速度。

L1,L2,L3缓存都位于芯片内部，这些缓存我们统称为Cache,下述就不再区分了

由于Cache位于CPU内部，意味着对于多个CPU，缓存之对于所在的CPU可见，那么对于每个CPU在处理数据的时候就不免会造成缓存和主存的数据不一致的问题

为了解决这个问题，CPU厂商提出了两种解决方案

1，总线锁定:当某个CPU处理数据时,通过锁定系统总线或者时内存总线，让其他CPU不具备访问内存的访问权限，从而保证了缓存的一致性

2，缓存一致性协议（MESI)：缓存一致性协议也叫缓存锁定，缓存一致性协议会阻止两个以上CPU同时修改缓存了相同主存数据的缓存副本

总线锁定开销太大，现代的处理器已经很少采用这种方式保证缓存数据一致性，重点分析一下MESI协议，这对于JMM模型的理解也很有帮助

 

MESI是四个单词的首字母缩写，Modified修改,Exclusive独占,Shared共享,Invalid无效，下图是一个多CPU协同缓存的图例1.

1.当CPU A将主存中的x cache line读入缓存中时，此时X副本的状态为E独占。

2.当CPU B将主存中的X cache line读入缓存中时，AB同时嗅探总线，得知X cache line不止一个副本，此时X的状态变为S共享

3,当CPU A将CACHE A中的x cache line修改为1后，Cache A中的X cache line 的状态变为M修改，并发送消息给CPU B，CPU将X cache line的状态变为I无效

4.当CPU A确认所有CPU缓存中的都提交了I无效状态，将修改后的值刷新到主存中，此时主存中的X变为了1，此时Cache A中的x cache line变为E独享

5.当CPU B需要用到X，发出读取X指令，于是读取主存中的x，于是重复第二步