缓存一致性（Cache Coherency）问题
不知道小伙伴们有没有想过这样的问题：内存模型到底是怎么保证缓存一致性的呢？
接下来我们试着回答这个问题。首先，缓存一致性是由于引入缓存而导致的问题，所以，这是很多CPU厂商必须解决的问题。为了解决前面提到的缓存数据不一致的问题，人们提出过很多方案，通常来说有以下2种方案：
- 通过在总线加
LOCK#锁的方式。 - 通过缓存一致性协议（Cache Coherence Protocol）。
总线加锁
在早期的CPU中，是通过在总线上加LOCK#锁的形式来解决缓存不一致的问题。因为CPU和其他部件进行通信都是通过总线来进行的，如果对总线加LOCK#锁的话，也就是说阻塞了其他CPU对其他部件访问（如内存），从而使得只能有一个CPU能使用这个变量的内存。在总线上发出了LCOK#锁的信号，那么只有等待这段代码完全执行完毕之后，其他CPU才能从其内存读取变量，然后进行相应的操作。这样就解决了缓存不一致的问题。
但是由于在锁住总线期间，其他CPU无法访问内存，会导致效率低下。因此出现了第二种解决方案，通过缓存一致性协议来解决缓存一致性问题。
缓存一致性协议（Cache Coherence Protocol）
缓存一致性协议（Cache Coherence Protocol），最出名的就是Intel 的MESI协议，MESI协议保证了每个缓存中使用的共享变量的副本是一致的。
MESI的核心的思想是：当CPU写数据时，如果发现操作的变量是共享变量（即在其他CPU中也存在该变量的副本），则会发出信号通知其他CPU，以让它们将该变量的缓存行置为无效状态，因此当其他CPU需要读取这个变量时，发现自己缓存中缓存该变量的缓存行是无效的，那么它就会从内存重新读取。
在MESI协议中，每个缓存可能有有4个状态，它们分别是：
- M（Modified）：这行数据有效，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。
- E（Exclusive）：这行数据有效，数据和内存中的数据一致，数据只存在于本Cache中。
- S（Shared）：这行数据有效，数据和内存中的数据一致，数据存在于很多Cache中。
- I（Invalid）：这行数据无效。
关于MESI的更多细节这里就不详细介绍了，读者只要知道，MESI是一种比较常用的缓存一致性协议，他可以用来解决缓存之间的数据一致性问题就可以了。
但是，值得注意的是，传统的MESI协议中有两个行为的执行成本比较大。
- 一个是将某个Cache Line标记为Invalid状态；
- 另一个是当某Cache Line当前状态为Invalid时，写入新的数据。
所以CPU通过Store Buffer和Invalidate Queue组件来降低这类操作的延时，如图：
当一个CPU进行写入时，首先会给其它CPU发送Invalid消息，然后把当前写入的数据写入到Store Buffer中。然后异步在某个时刻真正的写入到Cache中。
当前CPU核如果要读Cache中的数据，需要先扫描Store Buffer之后再读取Cache。
但是此时其它CPU核是看不到当前核的Store Buffer中的数据的，要等到Store Buffer中的数据被刷到了Cache之后才会触发失效操作。
而当一个CPU核收到Invalid消息时，会把消息写入自身的Invalidate Queue中，随后异步将其设为Invalid状态。
和Store Buffer不同的是，当前CPU核心使用Cache时并不扫描Invalidate Queue部分，所以可能会有极短时间的脏读问题。
所以，为了解决缓存的一致性问题，比较典型的方案是MESI缓存一致性协议。
MESI协议，可以保证缓存的一致性，但是无法保证实时性。
Reference
- 内存模型是怎么解决缓存一致性问题的？ - https://www.hollischuang.com/archives/2662
- 缓存一致性（Cache Coherency）入门 - https://www.infoq.cn/article/cache-coherency-primer