CPU發(fā)展歷史
摩爾定律是英特爾創(chuàng)始人之一戈登·摩爾的經(jīng)驗之談或渤，其核心內(nèi)容為：集成電路上可以容納的晶體管數(shù)目在大約每經(jīng)過18個月便會增加一倍朋魔。換言之函荣，處理器的性能每隔兩年翻一倍
CPU的發(fā)展速度很快，運行效率越來越高浸踩，然而內(nèi)存發(fā)展速度確慢的像蝸牛叔汁，CPU的廠商為了解決CPU讀取內(nèi)存慢的問題，引入了高速緩存集成在CPU中检碗，從而間接提升CPU的整體運行效率据块。
常見的緩存為三級緩存：L1 L2 L3， 其中L1L2屬于kb級別的 L3屬于M級別的折剃。如下圖所示：
CPU讀取效率
CPU為了提升效率于是引入的高速緩存另假，那么引入之后，實際的效果是如何的呢怕犁？
如下圖所示边篮，可以看到L1的讀取效率比主存要快40-60倍之多。
從性能上講奏甫，高速緩存的引入是真的香啊～但凡事有利有弊戈轿，那么引入高速緩存的弊端是什么呢？
緩存的一致性問題阵子！當(dāng)兩個CPU都讀取了同一個數(shù)據(jù)思杯，那么就分別緩存了兩份數(shù)據(jù)副本，如果修改了其中一個數(shù)據(jù)副本挠进，那么就產(chǎn)生了數(shù)據(jù)不一致的情況了智蝠。
解決緩存不一致的問題
- 總線鎖
所謂的總線鎖腾么， 就是使用處理器提供的lock#信號， 當(dāng)處理器在總線上輸出這個信號的時候杈湾， 其他處理器的請求將被阻塞住了， 那么該處理器將獨占共享內(nèi)存了攘须。
通過鎖定總線漆撞，讓其他某個核心獨占使用總線，這樣的代價太大了于宙， 總線被鎖定后浮驳， 其他核心就不能訪問內(nèi)存了， 可能會導(dǎo)致其他核心短時間內(nèi)停止工作捞魁。 - 鎖定緩存
當(dāng)處理器發(fā)出lock前綴的信號至会，鎖定住緩存行對應(yīng)的內(nèi)存區(qū)域。 其他的處理器在這片內(nèi)存區(qū)域鎖定期間谱俭，無法對這篇內(nèi)存進行相關(guān)的操作奉件。相對于鎖住總線，明顯代價小昆著，粒度更小了县貌。
MESI協(xié)議
MESI協(xié)議是基于Invalidate的高速緩存一致性協(xié)議，并且是支持回寫高速緩存的最常用協(xié)議之一
首字母縮略詞MESI中的字母表示可以標記高速緩存行的四種獨占狀態(tài)
1凑懂、修改（M）
高速緩存行僅存在于當(dāng)前高速緩存中煤痕，并且是臟的 - 它已從主存儲器中的值修改（M狀態(tài)）。在允許對（不再有效）主存儲器狀態(tài)的任何其他讀取之前接谨，需要高速緩存在將來的某個時間將數(shù)據(jù)寫回主存儲器摆碉。回寫將該行更改為共享狀態(tài)（S）脓豪。
2巷帝、獨家（E）
緩存行僅存在于當(dāng)前緩存中，但是干凈 - 它與主內(nèi)存匹配跑揉。它可以隨時更改為共享狀態(tài)锅睛，以響應(yīng)讀取請求±或者现拒，可以在寫入時將其改變?yōu)樾薷臓顟B(tài)。
3望侈、共享（S）
表示此高速緩存行可能存儲在計算機的其他高速緩存中并且是干凈的 - 它與主存儲器匹配印蔬。可以隨時丟棄該行（更改為無效狀態(tài)）脱衙。
4侥猬、無效（I）
表示此緩存行無效（未使用）例驹。
緩存行 （cache line）
L1L2L3 各級緩存最小的存儲單元就是緩存行。換句話說退唠，L1 就是由很多個緩存行組成的鹃锈。一個緩存行大小通常為64字節(jié)。
提問：這樣的new long[1024 * 1024][8]瞧预，一個二維數(shù)組屎债，橫向遍歷與縱向遍歷有何不同？
關(guān)于緩存行垢油，這其實是一個比較經(jīng)典的問題了盆驹。
- 訪問 data[0]，CPU core 嘗試訪問 CPU Cache滩愁，未命中躯喇。
- 嘗試訪問主內(nèi)存，操作系統(tǒng)一次訪問的單位是一個Cache Line的大小—64字節(jié)硝枉，這意味著：既從主內(nèi)存中獲取到了 data[0] 的值廉丽，同時將 data[0] ~ data[7] 加入到了 CPU Cache 之中，for free.
- 訪問 data[1]~data[7]檀咙，CPU core 嘗試訪問 CPU Cache雅倒，命中直接返回。
- 訪問 data[8]弧可，CPU core 嘗試訪問 CPU Cache蔑匣，未命中。
- 嘗試訪問主內(nèi)存棕诵。重復(fù)步驟 2
這個問題建議大家動手寫個demo試試裁良，我自己嘗試了一下，
基于自己的電腦運行速度大致：
橫向遍歷40ms左右 縱向遍歷90ms左右
偽共享
偽共享問題就像緩存行的影子校套，必須要提一下价脾。
啥叫偽共享呢？偽共享是指多個線程同時讀寫同一個緩存行的不同變量時導(dǎo)致的 CPU 緩存失效笛匙。
如下圖所示：
Core1 Core2 相互操作數(shù)組中不同的位置的值侨把，導(dǎo)致了緩存行不停的失效，這樣的話妹孙，肯定是大大的影響效率的秋柄。那么有什么方式可以化解呢？
緩存填充
當(dāng)Core1讀取Cell[0] 的時候蠢正，我們將緩存行后面的空間填滿骇笔，這樣Cell[0]就可以獨占整個緩存行，這樣就不會與Core2相互失效了。如下圖所示：
java7中的實現(xiàn)：
abstract class AbstractPaddingObject{
protected long p1, p2, p3, p4, p5, p6;// 填充
}
public class PaddingObject extends AbstractPaddingObject{
public volatile long value = 0L; // 實際數(shù)據(jù)
}
java8提供了注解：
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target({ElementType.FIELD, ElementType.TYPE})
public @interface Contended {
String value() default "";
}
關(guān)于緩存行填充的代碼這里就不上傳啦笨触，大家有興趣的可以寫個demo跑一跑測一下懦傍，覺得有收獲的幫忙點個贊咯，就醬紫吧芦劣。
