在多线程中synchronized和volatile扮演者重要的角色，volatile是轻量级的，它保证了共享变量的可见性，即当一个线程修改带有volatile修饰的变量时，其他线程能够读到修改的之后的值。
本章要点
1.一致性协议
2.volatile
2.1一致性协议
CPU一致性协议是MESI协议，MWSI分别是指Cache line的4个状态： （Modified(修改) 、Exclusive(互斥、排他) Shared(共享)、Invalid(无效)。
| 状态 | 描述 |
|---|---|
| M: 被修改（Modified) | 缓存行只被缓存在该CPU的缓存中，并且是被修改过的（dirty),即与主存中的数据不一致 |
| E: 独享的（Exclusive) | 缓存行只被缓存在该CPU的缓存中，它是未被修改过的（clean)，与主存中数据一致。 |
| S: 共享的（Shared) | 缓存行被多个CPU缓存，并且各个缓存中的数据与主存数据一致（clean)，当有一个CPU修改该缓存行中，其它CPU中该缓存行可以被作废（变成无效状态（Invalid）） |
| I: 无效的（Invalid） | 该缓存是无效的（可能有其它CPU修改了该缓存行） |
MESI协议：以总线为互连机构的多处理器系统。各cache控制器除负责响应自己CPU的内存读写操作（包括读/写命中与未命中）外，还要负责监听总线上的其它CPU的内存读写活动（包括读监听命中与写监听命中）并对自己的cache予以相应处理。所有这些处理过程要维护cache一致性，必须符合MESI协议状态转换规则。
CPU的几个术语：
| 术语 | 单词 | 描述 |
|---|---|---|
| 缓存行 | cache line | CPU缓存的最小存储单位 |
| 内存屏障 | memory barriers | 一组处理器指令，用于对内存操作顺序对限制 |
| 原子操作 | atomic operations | 操作不再进行可分割 |
| 缓冲行填充 | cache line fill | 当处理器识别到从内存读取对数据是可缓存的，就会将数据放到适当的缓存行中 |
| 缓冲命中 | cache line fill | 当处理器识别到从内存读取对数据是可缓存的，就会将数据放到适当的缓存行中 |
| 缓冲行填充 | cache hit | 处理器识别到缓存是数据没发生改变，则从缓存行中读取数据 |
| 写命中 | write hit | 当处理器将操作数写回到一个内存缓存的区域时，它首先会检查这个缓存的内存地址是否在缓存行中，如果存在一个有效的缓存行，则处理器将这个操作数写回到缓存，而不是写回内存，这个操作被称为写命中 |
| 写缺失 | write misses the cache | 一个有效的缓存行被写入到不存在的内存区域 |
那么在多个CPU下是如何保证数据一致性呢？
每个CPU通过嗅探在总线上传播的数据来检查自己的缓存是否过期，当处理器发现自己的缓存行对应的内存地址被修改(Modified)，则就会将当前处理器的缓存设置成无效状态(Invalid)，当处理器对这个数据进行修改操作的时候，会重新从系统内存中把数据读取到处理器缓存中。
2.2 volatile关键字
如果某个字段volatile修饰时，如果对该变量进行写操作时会发生两件事：
- 1）将当前处理器缓存行的数据写回到系统内存中
- 2）这个回写操作会使其他CPU缓存的该变量数据的内存地址无效
所以当其他线程进行读取操作的时候会刷新缓存，达到数据一致性或可见行的效果。
volatile只保证可见性，不能保证原子性；volatile 禁止指令重排序
系统缓存相关知识：
为了提高处理速度，处理器不直接和内存进行通信，而是现将系统内存的数据读取到内部缓存中（L1，L2，L3等）后在进行操作。当进行读取操作的时候，CPU会先在最快的L1中寻找需要的数据，找不到再去找次快的L2，还找不到再去找L3，L3都没有那就只能去内存找了。
| 名称 | 速度 | 容量 | CPU距离 |
|---|---|---|---|
| L1缓存 | 最快 | 最小 | 最近 |
| L2缓存 | 较快 | 最小 | 较近 |
| L3缓存 | 较慢 | 最大 | 较远 |
追加字节，填满缓存行(一般是64字节)，避免伪共享，可优化volatile
网友评论