并发编程（七）CPU缓存一致性协议MESI

一、MESI概念

　　定义：MESI 是指缓存行的四种状态的首字母。

　　PS：每个缓存行有4个状态，可用2个bit【2位】表示，它们分别是：

二、多核缓存协同操作流程分析

　　假设有三个CPU A、B、C；对应三个缓存分别是缓存A、B、 C；并在主内存中定义了x的引用值为0。

1、单核读取

2、双核读取

3、修改数据

4、同步数据

三、缓存行伪共享

什么是伪共享？

　　CPU缓存系统中是以缓存行为单位存储的，目前主流的CPU Cache 的缓存行大小都是64Bytes。

　　定义：在多线程情况下，如果需要修改共享同一个缓存行的变量，就会无意中影响彼此的性能，这就是伪共享。

　　举个🌰：现在有2个变量 a 、b，如果有线程t1在访问a，线程t2在访问b，而a与b刚好在同一个缓存行中，此时t1先修改a，将导致b被刷新！

怎么解决伪共享？

　　解决方式：@sun.misc.Contended注解【JDK1.8+】

　　作用：加上这个注解的类会自动补齐缓存行，类前加上代表整个类的每个变量都会在单独的缓存行中。

　　PS：需要在jvm启动时设置 -XX:-RestrictContended 才会生效。

四、小问答

Q：为什么java等高级语言相对会运行慢一些？

　　因为代码经历2次转换才到CPU进行执行：

• 1、经历了jvm内置的翻译器把字节码翻译成汇编指令【时间相对长一点】（软件层面的工作）
• 2、汇编指令要转换成二进制编码【很快】（硬件层面的工作）

　　PS：硬件具有硬编码的能力，可以实现汇编指令【硬件原语】----->二进制编码的转换

Q：为什么硬件缓存锁定机制会使用两种？

　　首先我们理解一下以下概念：

• 缓存锁的产生：class文件被JVM解析以后转换成的汇编指令中的Lock前缀触发的。
• 缓存锁分类：1️⃣总线锁、2️⃣缓存一致性协议

　　原因：早期受技术制约所以使用总线锁保证缓存一致【缺陷：锁了总线其他CPU没法访问内存，无法发挥多核并行的优势导致性能低下】，后期进行技术改进后设计出了MESI缓存一致性协议模型。

　　PS：若一个对象大小超过了64字节时【一个缓存行装不下】，那么缓存一致性协议就会变成总线锁的形式。

　　PS：单个缓存行可以通过缓存锁保证原子性，但当对象大小超过一个缓存行大小时，则无法通过锁定缓存行来保证原子性了，即此时MESI方式锁缓存行行不通。