什么是缓存一致性问题？如何解决？

当程序在运行过程中，会将运算需要的数据从主存复制一份到cup的高速缓存当中，那么cpu进行计算时就可以直接从它的高速缓存读取数据和向其中写入数据，当运算结束后，再将高速缓存中的数据刷新到主存当中。举个简单的例子，比如下面这段代码：

i=i+1

• 1

当线程执行这个语句时，会先从缓存当中读取i的值，然后复制一份到高速缓存当中，然后CPU执行命令对i进行加1操作，然后将数据写入高速缓存。最后将高速缓存中的最新的值刷新到主存当中。

这个代码在单线程中运行时没有任何问题的，但是在多线程中运行就会有问题了。在多核CPU中，每条线程可能运行于不同的CPU中，因此每个线程运行时有自己的高速缓存（对单核CPU来说，其实也会出现这种问题，只不过是以线程调度的形式来分别执行的）。我们以多喝CPU为例。

可能存在下面一种情况：初始时，两个线程分别读取i的值存入各自所在的CPU的高速缓存当中，然后线程1进行加1操作，然后把i的最新值1写入到内存。此时线程2的高速缓存当中i的值还是0，进行加1操作之后，i的值为1，然后线程2把i的值写入内存。

最终结果i的值是1，而不是2.这就是缓存一致性问题。通常称这种被多个线程访问的变量为共享变量。

解决缓存一致性问题的方法有一下2种：

1. 通过在总线加LOCK#锁的方式
2. 通过缓存一致性协议

在早期的CPU当中，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，从而使得只有一个CPU能使用这个变量的内存。比如上面例子中，如果一个线程在执行i=i+1，如果在执行这段代码的过程中，在总线上发出了LOCK#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才能从变量i所在的内存读取变量，然后进行相应的操作。这样就解决了缓存不一致问题。

但是上面的方式会有一个问题，由于在锁住总线期间，其他CPU无法访问内存，导致效率低下。

所以就出现了缓存一致性协议。该协议保证了每个缓存中使用的共享变量的副本是一致的。它的核心思想是：当CPU向内存写入数据时，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，会发出信号通知其他CPU将该变量的缓存置为无效状态，因此当其他CPU需要读取这个变量时，发现自己缓存中缓存行是无效的，那么它就会从内存重新读取。java中的volatile就是该协议的实现，volatile的实现原理可参见volatile底层实现。