## i++問題 “阿Q趕快回去吧，隔壁二號車間的虎子說我們改了他們的資料，上門來鬧事了” 由於老K的突然出現，我不得不提前結束與小黑的交流，趕回了CPU一號車間。 見到我回來，虎子立刻朝我嚷嚷：“你們是怎麼回事？才幾納秒的時間，就把資料給我改了，你說這事怎麼辦吧！” 我聽著迷迷糊糊的，連連說到：“虎子你先別急，我剛回來，到底出什麼事兒了，先讓我瞭解清楚好不好？”  接下來，老K把事情的經過告訴了我。原來，我們兩個CPU車間各自負責的執行緒都在執行一個`i++`的操作，我們都把`i`的值放到了自己的快取中，完了之後都沒有通知對方，加了兩次但結果卻只有一次，出現了`資料不一致問題`。 ## 原子操作 瞭解清楚事情的原委之後，我向虎子說道：“大家都執行一樣的程式碼，這事兒也不能怪我們啊” 虎子一聽急了，“怎麼不怪你們了，我們比你們先一步找記憶體拿走了i，那你們得等我們加完之後再用啊，不信你可以打電話問記憶體那傢伙，看看是不是我們二號車間先來的” “好好好，你先冷靜一下，你看我們又不知道你們先去拿了，這不情有可原嗎，再說現在事情已經出了，我們應該一起坐下來想個辦法避免以後再次出現這種問題，你說是不是？” 虎子嘆了口氣問道：“那你說說你有什麼辦法？”  我繼續說道：“你看啊，像咱們在執行`i++`這種操作的時候就不應該被幹擾” “不被幹擾？” “對，比如虎子你們二號車間在訪問i的時候，我們一號車間就不能訪問，需要等著，等你們訪問完成我們再來，非常簡單的辦法卻很有用” 虎子聽完一愣，“這不就是加鎖嗎？你是想怪程式設計師做i++前沒有加鎖？” “的確是加鎖，不過這種簡單操作還要程式設計師來加鎖那也太麻煩了，咱們CPU內部處理好就行了” “內部處理，你打算怎麼實現？”，虎子問到。 “這，，讓我想想···”，虎子問到了具體實現，我倒還沒想到這一步。 這時，一旁的老K站了出來：“我倒是有個辦法，可以找匯流排主任啊，他是負責協調各個車間使用系統匯流排訪問記憶體的總指揮，讓他在中間協調一下應該不難” 老K一語點醒夢中人，接著我們就去找了匯流排主任，後來我們商量出了一套解決方案：我們定義了一個叫`原子操作`的東西，表示這是一個不可切分的動作，誰要執行原子操作，匯流排主任就在系統總線上加上一個`LOCK#`訊號，其他車間的想去訪問記憶體就得等著，直到原子操作指令執行完畢。  我們把這套方案上報了領導，很快就批下來了，後面我們8個車間都按照這套方案來工作，以後程式設計師們把i++這樣的動作換成原子操作後，問題就能迎刃而解。 不過施行了一段時間之後，各個車間卻開始大倒苦水：就因為某個車間要執行一個原子操作，就讓匯流排主任把系統匯流排鎖住，其他車間的人都沒法訪問記憶體，都幹不了活了，嚴重影響工作效率。 抱怨歸抱怨，在沒有更好的替代方案出現之前，日子還得過下去。 ## 快取引發的問題 不過，沒過多久，資料不一致問題又一次出現了。 這一次，倒不是加法的問題，我們兩車間還是因為各自快取的原因，先後修改了變數的值，對方沒有即時知道，誤用了錯誤的值，以致釀成大錯。  “阿Q，上次那辦法好是好，可解決不了這一次的問題啊”，虎子再次找上門來。 “你來的正好，我正想去找你說這事呢” “哦，是嗎，難不成你想到破解之道了？” “只是一些初步的想法，問題的核心在於現在咱們各個車間各自為政，都有自己的私有快取，各自修改資料後向記憶體更新時也不互相打招呼，缺少一個聯絡機制” 虎子點了點頭，“確實，所以咱們需要建立一個聯絡機制，來對各個車間的快取內容進行統一管理是嗎？” “對！這事兒咱倆說了可不算，我建議召集8個核心車間的代表，統一開一個會議，詳細討論下這個問題。哦，對了，把匯流排主任也叫上，他經驗豐富說不定能提供一些思路” ## 快取一致性協議MESI 很快，咱們CPU的8個核心車間就為此問題召開了會議，並且取得了非常重要的成果。 我們牽了一條新的專線，把8個核心車間連線起來，用於各個車間之間進行資訊溝通，不同於CPU外部的匯流排系統，大家把這個叫`片內匯流排`。  新的線路鋪設好了，以後大家就可以通過這條線路即時溝通，為了解決之前出現的問題，大家還制定了一套規則，叫做`快取一致性協議`。 規則裡面規定了所有車間的快取單元——`快取行`有四種狀態： - 已修改Modified (M) > 快取行已經被修改了，與記憶體的值不一樣。如果別的CPU核心要讀記憶體這塊資料，要趕在這之前把該快取行回寫到主存，把狀態變為共享(S). - 獨佔Exclusive (E) > 快取行只在當前CPU核心快取中，而且和記憶體中資料一樣。當別的CPU核心讀取它時，狀態變為共享；如果當前CPU核心修改了它，就要變為已修改狀態。 - 共享Shared (S) > 快取行存在於多個CPU核心的快取中，而且和記憶體中的內容一致。 - 無效Invalid (I) > 快取行是無效的 四種狀態之間的轉換是這樣的：  按照這套規則，大家不能再像以前那樣隨意了，各車間對自家快取進行讀寫時，都要相互通一下氣，避免使用過時的資料。 除此之外，還規定如果一塊記憶體區域被多個車間都快取，就不再允許多個車間同時去修改快取了。 會議還有另外一個收穫，以前被各車間詬病的每次原子操作都要鎖定匯流排，導致大家需要訪問記憶體的都只能乾等著的問題也得到了解決。以後匯流排主任不再需要鎖定匯流排了，通過這次的快取一致性協議就可以辦到。 自此以後，資料不一致的問題總算是根治了，咱們8個車間又可以愉快的工作了。 ## 往期熱門回顧 [完了！CPU一味求快出事兒了！](https://mp.weixin.qq.com/s/5_JN7trS_lS3Nnw5u12p6g) [可怕！CPU竟成了黑客的幫凶！](https://mp.weixin.qq.com/s/jo6pF4yQ8CU809M1dxo-Yw) [雜湊表哪家強？幾大程式語言吵起來了！](https://mp.weixin.qq.com/s/h0FqX9AZByfpgUZrsRVTWg) [核心地址空間大冒險4:執行緒切換](https://mp.weixin.qq.com/s/v6nc9aIBY_R1S6ToPzj5Qg) [震撼！全網第一張原始碼分析全景圖揭祕Nginx](https://mp.weixin.qq.com/s/XrtH9-Eo7pzJu-Fzt89voQ) [一個整數＋1引發的災難](https://mp.weixin.qq.com/s/gZPxqZzY2rnngxvvzexWTw) [一網打盡！每個程式猿都該瞭解的黑客技術大彙總](https://mp.weixin.qq.com/s/V7wBdl-5W4ehTAnACQFjGQ) [DDoS攻擊：無限戰爭](https://mp.weixin.qq.com/s/JTr1-5nPtseAYXfvJdamVg) [一個Java物件的回憶錄：垃圾回收](https://mp.weixin.qq.com/s/xp2S4_3UQTZ0TOIlVqM8uw) [誰動了你的HTTPS流量？](https://mp.weixin.qq.com/s/lxpHhHVIh6DktoHzrRLaKA) [路由器裡的廣告祕密](https://mp.weixin.qq.com/s/7gM31s4-hTJTprJnxsHgEA) [一個HTTP資料包的奇幻之旅](https://mp.weixin.qq.com/s/suzicCzb2g5b8NN71S5Ngw) [我是一個流氓軟體執行緒](https://mp.weixin.qq.com/s/-ggUa3aWkjjHjr9VwQL9TQ)  ![](https://imgkr.cn-bj.ufileos.com/06d25f4e-bd38-404b-a901-173737bb7c