JUC并发编程-2.CPU多级缓存与JMM

1.CPU多级缓存

1.1 为什么需要CPU cache

CPU的频率太快了，快到主存跟不上，这样在处理器时钟周期内，CPU常常需要等待主存，浪费资源。所以cache的出现，是为了缓解CPU和内存之间速度的不匹配问题（结构：cpu >> cache >> memory）.

1.2 CPU cache有什么意义

1.时间局部性：如果某个数据被访问，那么在不久的将来它很可能被再次访问
2.空间局部性：如果某个数据被访问，那么与它响铃的数据很快也可能被访问

1.3 CPU缓存一致性协议 MESI

• M: 被修改（Modified)

该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，该缓存行中的内存需要在未来的某个时间点（允许其它CPU读取请主存中相应内存之前）写回（write back）主存。
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当被写回主存之后，该缓存行的状态会变成独享（exclusive)状态。

• E: 独享的（Exclusive)

该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。该状态可以在任何时刻当有其它CPU读取该内存时变成共享状态（shared)。
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同样地，当CPU修改该缓存行中内容时，该状态可以变成Modified状态。

• S:共享的（Shared)

该状态意味着该缓存行可能被多个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，
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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状态转换图.png

MESI转移表.png

2.JMM

CPU多级缓存1.jpg

CPU与JMM1.jpg

CPU与JMM2.jpg

JMM.jpg

JMM同步操作.jpg

JMM与线程.jpg