4.什么是MESI缓存一致性协议？怎么解决并发的可见性问题？
MESI一致性协议
小陈：老王，上一章你让我看看MESI一致性协议，我大概了解了一下。
老王：哦，来说说你对MESI一致性协议的理解
小陈：MESI协议也叫做缓存一致性协议，主要是用来进行协调多核CPU的高级缓存的数据一致的。第一章的时候讲过，CPU多级缓存架构，存在多个高速缓存之间数据一致性的问题。
老王：哦，第一章讲的多核CPU高速缓存之间的数据一致性问题，你还记得啊，哈哈，那你来说说。
小陈：当然，当时我可以记在小本本里面的，就等着你来讲这事的呢，沿用第一篇的那个图来讲一下：
（1）看下面的图，假如两个CPU0、CPU1同时将 i = 0 读取进入自己的高速缓存
（2）然后CPU0执行得比较快，执行完 i++操作之后将 i=1 的结果刷回主存了
（3）但是CPU1并不知道数据已经变更了，还是使用 i = 0 的结果去进行 i++ 操作
（4）本来正确的结果应该是 i = 2的，结果执行了两次i++，结果却是1
老王：没错，当时讨论多核CPU的高速缓存的时候，留了这个问题；看来你还记得这个问题，很好很好，掌声鼓励一下！
小陈：嘿嘿，突然的夸我，怪不好意思的......
小陈：造成上面数据不一致的原因主要是因为，CPU0修改了数据之后，没有机制能够通知到CPU1，让CPU1它高速缓存上这个变量的数据失效掉，导致CPU1计算的时候还是使用旧的值。
所以要解决多核CPU的高速缓存数据一致性的问题，必须有个机制能够某个CPU0修改了数据之后，立即通知的CPU1，让CPU1的高速缓存上的这个变量数据失效掉；然后CPU1用到的时候重新重主内存读取最新的值，这样就能得到最新的结果了。
小陈：MESI实现的缓存一致性协议，正是CPU0修改了数据，通知到CPU1的那套通知机制的一种规范，计算机厂商根据这套规范实现了这种通知机制，但是不同的厂商之间实现方式可能稍微不同。
老王：哎呀呀，不错啊。看来两天不见，你竟然把问题研究得这么深入了。
小陈：那是，问了看懂这个MESI协议，我可是连续肝了两天晚上，点了无数根华子...
老王：孺子可教也，那你继续来说说MESI的缓存一致性的内容
小陈：MESI一致性协议定义了高速缓存中数据的4中状态，分别是：
M（Modified）: 修改过的，只有一个CPU能独占这个修改状态，独占的意思是当有一个CPU的高速缓存数据处于这个状态的时候，其它CPU的高速缓存对这个共享的数据均不能操作；高速缓存中的数据发生了更新，需要被刷入主内存中。
E（Exclusive）: 独占状态，只有一个CPU能独占这个状态，同样当某个CPU的高速缓存的数据处于这个状态的时候，其它CPU的均不能操作这个共享数据
S（Share）：共享的状态，当CPU的高速缓存中的数据这个状态的时候，各个CPU可以并发的对这个数据进行读取
I（Invalid）：无效的，意思是当前高速缓存的这个数据已经是无效了或者过期了，不能使用。
老王：那你继续来说说，MESI这四种状态是怎么来解决多核CPU高速缓存数据一直的？
小陈：好，下面我画几张图来i讲一下：
（1）首先像下面的图一样，CPU0、CPU1将共享变量 i = 0 读取，进入自己高速缓存的时候；缓存的状态是S，也就是共享的
（2）然后CPU0要对 i = 0 的变量进行修改操作，在MESI一致性里面大概会经过这些步骤：
1. CPU0发送消息给总线，说我要修改数据了，帮我通知一下其它的CPU
2. 其它的CPU收到总线通知消息，将自己高速缓存上 i = 0 的数据状态变为Invalid过期
3. 其它CPU返回给总线说我们都过期了
4. 总线收到其它CPU返回过期OK了
5. 总线返回给CPU0说，好了，其它CPU都通知到位了，它们高速缓存上的 i = 0的数据都是过期状态了
6. CPU0收到了过期确认，都过期了，那我就可以独占这份数据了，嘿嘿，准备可以修改数据了
（3）CPU0修改数据，刷新回主内存，还会经过这些步骤：
7. CPU0执行 i++ 操作，将 i = 1 的最新结果刷入到高速缓存中，同时将高速缓存的数据状态设为M（修改过的）
8. 然后将高速缓存中 i = 1 的最新结果又刷入主内存中
（4）CPU1要读取数据操作，发现高速缓存上数据过期了，回经过下面步骤：
9. CPU1发现自己高速缓存上 i = 0 的数据是 Invalid 过期状态，于是从主存重新读取
10. 然后CPU1从主内存读取到 i = 1的最新的数据，将自己状态设置成S
小陈：上面就是我理解的MESI一致性协议在多核CPU之间进行协调的原理
老王：牛啊，小陈；短短两天时间你理解到这个程度，这理解能力很不错了，颇有我当年的风范啊.....
小陈：......
老王：就MESI一致性协议来说，你理解到这个程度已经可以了；再往下层次就是各个计算机厂商在硬件层面实现的差异了，这个我也不懂了，理解到这里已经非常不错了...
小陈：老王，我记得你跟我说JAVA内存模型的时候，每个线程在JMM中都有自己的工作内存。每个线程的工作内存都有共享变量的一个副本，这多个工作内存的变量副本之间也可能存在数据不一致的情况。
老王：嗯嗯怎了了？
小陈：我回顾了之前JMM的图，是这样子的：
小陈：多个工作内存之间共享变量x的副本，可能数据不一致，这个数据不一致的可见性问题在JMM层次是怎么解决的？
老王：你想想，Java内存模型建立在多核CPU高速缓存之上对不对？
小陈：是的
老王：那JAVA内存模型对应到底层肯定也是操作主内存、操作高速缓存来操作数据的，既然多核CPU的缓存一致性又是通过MESI协议来达到一致性的。所以啊，JAVA内存模型底层其实也还是通过MESI一致性来使得一个线程修改了数据，把别的线程的工作内存副本数据弄失效的。
小陈：哦哦，原来JAVA内存模型底层也是通过MESI来使得别的线程的工作内存变量副本失效的啊。
老王：嗯嗯，没错的。
小陈：底层的原理我知道了，那在JAVA编程的层次又是怎么来做的？
老王：那就是下面要讲的文章了，前面的几篇文章和这一篇我们都是讨论在底层原理层次。真正在使用层次来说，volatile、synchronized、cas、锁等都用到了这些底层原理。
老王：下面我们就先来讨论volatile这个关键字，看看它是怎么来保证可见性的？
小陈：好啊，我期待一波......
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