MESI是一種廣泛使用的寫回策略的緩存一致性協(xié)議看靠。

MESI協(xié)議中的狀態(tài)

M：Modified被修改

E：Exclusive獨(dú)享的

S：Shared共享的

I：Invalid無(wú)效的

M: 被修改（Modified) 該緩存行只被緩存在該CPU的緩存中赂毯，并且是被修改過的（dirty),即與主存中的數(shù)據(jù)不一致固灵，該緩存行中的內(nèi)存需要在未來(lái)的某個(gè)時(shí)間點(diǎn)（允許其它CPU讀取請(qǐng)主存中相應(yīng)內(nèi)存之前）寫回（write back）主存汽畴。當(dāng)被寫回主存之后，該緩存行的狀態(tài)會(huì)變成獨(dú)享（exclusive)狀態(tài)颠黎。

E: 獨(dú)享的（Exclusive) 該緩存行只被緩存在該CPU的緩存中赵哲，它是未被修改過的（clean)，與主存中數(shù)據(jù)一致俊柔。該狀態(tài)可以在任何時(shí)刻當(dāng)有其它CPU讀取該內(nèi)存時(shí)變成共享狀態(tài)（shared)筹麸。同樣地，當(dāng)CPU修改該緩存行中內(nèi)容時(shí)雏婶，該狀態(tài)可以變成Modified狀態(tài)竹捉。

S: 共享的（Shared) 該狀態(tài)意味著該緩存行可能被多個(gè)CPU緩存，并且各個(gè)緩存中的數(shù)據(jù)與主存數(shù)據(jù)一致（clean)尚骄，當(dāng)有一個(gè)CPU修改該緩存行中块差，其它CPU中該緩存行可以被作廢（變成無(wú)效狀態(tài)（Invalid））。

I: 無(wú)效的（Invalid） 該緩存是無(wú)效的（可能有其它CPU修改了該緩存行）倔丈。

一個(gè)例子來(lái)分析MESI的工作原理

利用對(duì)變量count自增的程序憨闰，來(lái)理解MESI的工作過程，明白多CPU下是如何進(jìn)行數(shù)據(jù)寫回同步需五，保證數(shù)據(jù)的可見性鹉动，

1.假設(shè)CPU1率先搶到時(shí)間片，當(dāng)變量count加載至CPU緩存中時(shí)宏邮，會(huì)將count的使用標(biāo)志為（E獨(dú)占：首次加載會(huì)將變量置為獨(dú)占泽示，也就說(shuō)明沒有其他CPU進(jìn)行加載）

2.CPU2也獲得時(shí)間片，把變量count加載緩存中蜜氨，此時(shí)count的使用標(biāo)志為（E獨(dú)占）械筛，并發(fā)送消息至總線，告知其他CPU讀取了變量的值飒炎，各CPU通過時(shí)刻監(jiān)聽（總線嗅探機(jī)制）獲得到此變量已被多個(gè)CPU所加載埋哟，那么此時(shí)CPU2就會(huì)將自身count的使用標(biāo)志置為（S共享），CPU1也會(huì)將變量的使用標(biāo)志也會(huì)置為（S）

3.CPU1從緩存中加載count至寄存器中進(jìn)行自增操作郎汪，執(zhí)行完畢之后赤赊，count = 0 -> 1闯狱，此時(shí)由于count的值發(fā)生了變化，因此CPU1中變量count使用標(biāo)志應(yīng)為（M修改）抛计，此時(shí)CPU1會(huì)發(fā)送消息至總線哄孤，告知其他線程已經(jīng)修改了變量count 的值，其他CPU嗅探到值的修改吹截，就會(huì)將自身變量count的使用標(biāo)志置為（I無(wú)效）

4.CPU1會(huì)將M狀態(tài)的變量立刻寫回至主內(nèi)存中录豺，寫回完畢之后，CPU1會(huì)將使用狀態(tài)置為（E獨(dú)享）饭弓，發(fā)送消息至總線双饥，告知其他CPU已經(jīng)寫回完畢，其他CPU會(huì)再此從主內(nèi)存中讀取變量count的值弟断，讀取完畢之后咏花，也會(huì)發(fā)送消息至總線，其他CPU嗅探到之后將自身變量count置為（S共享）阀趴，自身變量的使用狀態(tài)也會(huì)置為（S共享）

那么如果多個(gè)CPU同時(shí)都將變量置為M修改狀態(tài)昏翰，那怎么辦？首先多個(gè)CPU都想將變量置為M修改狀態(tài)刘急，那么系統(tǒng)會(huì)有裁決機(jī)制棚菊，保證只有一個(gè)CPU能夠操作成功，因此不會(huì)存在多個(gè)M狀態(tài)的數(shù)據(jù)

MESI操作的基本單位：緩存行（CPU緩存中的最小存儲(chǔ)單元）

緩存行的最小存儲(chǔ)單元大惺逯：32bit统求，64bit，128bit（因系統(tǒng)而定）

機(jī)械硬盤的最小存儲(chǔ)單元：簇

MESI緩存一致性協(xié)議失效的原因

緩存一致性協(xié)議失效的后果：當(dāng)MESI失效之后据块，那么系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將啟用總線加鎖機(jī)制码邻，那么執(zhí)行效率則會(huì)大打折扣。

失效的情況：

1.當(dāng)緩存行存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)超過最小存儲(chǔ)單元大小時(shí)（數(shù)據(jù)長(zhǎng)度存儲(chǔ)跨越多個(gè)緩存行的情況）另假，就會(huì)導(dǎo)致MESI操作緩存行無(wú)效像屋，導(dǎo)致MESI緩存一致性協(xié)議失效；

2.系統(tǒng)不支持緩存一致性協(xié)議边篮。

緩存行的概念：多個(gè)數(shù)據(jù)可以存儲(chǔ)在一個(gè)緩存行己莺，一個(gè)數(shù)據(jù)可以存儲(chǔ)在多個(gè)緩存行（此種情況會(huì)導(dǎo)致MESI失效）

總線加鎖機(jī)制

對(duì)主內(nèi)存數(shù)據(jù)進(jìn)行加鎖和解鎖操作，當(dāng)加鎖之后戈轿，此數(shù)據(jù)不允許其他線程進(jìn)行讀寫凌受，只能等加鎖線程操作完畢進(jìn)行解鎖之后才能進(jìn)行操作。

Java中volatile關(guān)鍵字保證可見性原理

MESI緩存一致性協(xié)議底層是通過#Lock的指令進(jìn)行觸發(fā)的凶杖，

而volatile關(guān)鍵詞修飾之后的變量胁艰，編譯為指令時(shí)會(huì)加上#Lock修飾，用來(lái)觸發(fā)緩存一致性協(xié)議智蝠，而且#Lock指令修飾之后腾么，置為M（修改狀態(tài)）的變量，會(huì)強(qiáng)制立刻寫入主內(nèi)存中杈湾，并且發(fā)送消息至總線解虱，其它加載此變量的線程，就會(huì)將工作內(nèi)存中變量的使用狀態(tài)修改為I(無(wú)效狀態(tài))漆撞，此時(shí)線程就被迫重新從主內(nèi)存中讀取該變量的值殴泰，這就是volatile關(guān)鍵詞保證可見性的原因。

volatile是Java虛擬機(jī)提供的輕量級(jí)的同步機(jī)制浮驳，它具備兩種特性：保證共享變量對(duì)所有線程的可見性悍汛；禁止指令重排序，保證有序性至会；無(wú)法保證原子性（像count++就不是原子操作离咐，包含了讀 自加操作）