CPU在摩尔定律的指导下以每18个月翻一番的速度在发展,然而内存和硬盘的发展速度远远不及CPU。这就形成了高性能能的内存和硬盘价格及其昂贵。然而CPU的高度运算须要高速的数据。为了解决这个问题,CPU厂商在CPU中内置了少许的高速缓存以解决I\O速度和CPU运算速度之间的不匹配问题。 在CPU访问存储设备时,不管是存取数据抑或存取指令,都趋于汇集在一片连续的区域中,这就被称为局部性原理。java
MESI协议缓存状态数组
缓存行(Cache line):缓存存储数据的单元。缓存
状态 | 描述 | 监放任务 |
---|---|---|
M 修改 (Modified) | 该Cache line有效,数据被修改了,和内存中的数据不一致,数据只存在于本Cache中。 | 缓存行必须时刻监听全部试图读该缓存行相对就主存的操做,这种操做必须在缓存将该缓存行写回主存并将状态变成S(共享)状态以前被延迟执行。 |
E 独享、互斥 (Exclusive) | 该Cache line有效,数据和内存中的数据一致,数据只存在于本Cache中。 | 缓存行也必须监听其它缓存读主存中该缓存行的操做,一旦有这种操做,该缓存行须要变成S(共享)状态。 |
S 共享 (Shared) | 该Cache line有效,数据和内存中的数据一致,数据存在于不少Cache中。 | 缓存行也必须监听其它缓存使该缓存行无效或者独享该缓存行的请求,并将该缓存行变成无效(Invalid)。 |
I 无效 (Invalid) | 该Cache line无效。 | 无 |
注意: 对于M和E状态而言老是精确的,他们在和该缓存行的真正状态是一致的,而S状态多是非一致的。若是一个缓存将处于S状态的缓存行做废了,而另外一个缓存实际上可能已经独享了该缓存行,可是该缓存却不会将该缓存行升迁为E状态,这是由于其它缓存不会广播他们做废掉该缓存行的通知,一样因为缓存并无保存该缓存行的copy的数量,所以(即便有这种通知)也没有办法肯定本身是否已经独享了该缓存行。多线程
从上面的意义看来E状态是一种投机性的优化:若是一个CPU想修改一个处于S状态的缓存行,总线事务须要将全部该缓存行的copy变成invalid状态,而修改E状态的缓存不须要使用总线事务。并发
处理器为提升运算速度儿作出违背代码原有顺序的优化。性能
在单核处理器时代处理器的乱序执行优化不会影响执行结果。在多核处理中,某个核心执行写入操做时,将某个标志当作写入完成,进行重排优化,可能会先执行标志指令致使其余核心觉得改核心已经执行完成写入操做。从而拿到错误的值。优化
本地变量可能存放的是对象的引用。当两个线程同时引用一个对象时,那么这两个线程的本地引用存放的是这个对象的私有拷贝。线程
硬件内存模型如图 3d
硬件内存模型和java内存模型的对应模型如图: java内存抽象模型结构 看图,本地内存:本地内存是java抽象的概念,涵盖了缓存,写缓存区,寄存器,其余硬件和编译器优化。本地内存储存了共享变量的副本,从硬件的角度上讲主内存就是硬件内存,可是为了获取更好的速度,java可能会将数据存储在寄存器或者高速缓存区。若是线程要通讯必需要通过主内存,流程是先在主内存中获取共享变量,存储在本地内存中经由进程计算,而后刷新至主内存,再经由其余线程访问。下面介绍一下规则,规则是用来限制每一步是如何操做的。cdn