CPU
CPU架构
介绍
CPU包括：寄存器、CPUCache、运算器、控制器；
- 一个CPU里通常会有多个CPU核心，比如图上的核心1、核心2。
- 每个CPU核心都有自己的L1 Cache和L2 Cache；
- L1 Cache通常分为dCache（数据缓存）和iCache（指令缓存）；
- L3 Cache是多个核心共享的；
目的
Cache作为CPU与内存之间的缓存层，以减少对内存访问频率；
程序的局部性
CPU从内存中读取数据到Cache的时候，并不是一个字节一个字节的读取，而是一块一块的方式来读取数据的，这一块一块的数据被称为CPU line（缓存行），所以CPU line是CPU从内存读取数据到Cache的单位；
思维脑图
实现数据的一致性
CPU Cache与内存之间如何实现一致性
写直达：数据同时写入内存和Cache中
情况：
- 如果数据已经在Cache中，先将数据更新到Cache里面，再写入到内存里面；
- 如果数据没有在Cache中，就直接把数据更新到内存里面。
问题：
- 无论数据在不在Cache里面，每次写操作都会写回到内存，会造成花费大量的时间，性能会受到很大的影响。
写回：
- 新的数据仅仅写入Cache Block中并标记为脏的；
- 脏的含义：表示Cache与内存中的数据不一致，需要将cache已有的数据先写入到内存中，之后再将新数据写入cache。
情况：
- 如果缓存命中，则将数据更新到Cache里面，并标记这条数据是脏的；
- 如果缓存未命中，一种情况：缓存没有数据或者存放其他数据并且不是脏的（说明缓存与内存数据一致可以直接覆盖），则直接将数据写入到缓存中并标记为脏的；另一种情况：缓存里存放其他数据并且是脏的，则需要先将缓存中的数据写入到内存中，再将新的数据写入cache并标记为脏的。
多核CPU缓存一致性的问题
MESI协议
- Modified（已修改）：表示Cache block上的数据已经被更新过了，但是还没有写到内存中；
- Exclusive（独占）：表示数据只存在于一个CPU核心的Cache里，而其他CPU核心的Cache没有该数据。可以直接自由的写入，不需要通知其他CPU核心；
- Shared（共享）：表示数据存在于多个CPU核心的Cache里，不能直接修改，需要先将其他核心的Cache中对应的Cache line标记为【无效】状态，然后再更新当前的Cache里面的数据；
- invalidated（已失效）：表示Cache block上的数据已经失效了，不可以读取该状态的数据。需要从内存中读取到Cache line；
伪共享
介绍
多个线程同时读写同一个Cache line的不同变量时，会造成CPU Cache失效的现象称为伪共享；
解决
通过字符填充；
一个cache line包含62个kb字节，所以使用java的7个long类型+对象头8字节即可实现填充
举例
- CPU核心1绑定A线程只读写变量A、CPU核心2绑定B线程只读写变量B；
- 核心1读取变量A，由于CPU从内存读取数据到Cache的单位是Cache line，同时变量A、B同时属于同一个Cache line；
- 所以A和B都会被加载到Cache，并将此Cache line标记为【独占】状态；
核心2读取变量B，变量A、B被加载到Cache，并将核心1、核心2的Cache line状态变为【共享】状态；
- 核心1需要修改变量A，发现此Cache line的状态是【共享】状态，所以先需要通过总线发送消息给核心2，
- 通知核心2把Cache中对应的Cache line标记为【已失效】状态，然后核心1对应的Cache line状态变为【已修改】状态，并且修改变量A
- 核心修改变量B，此时核心2的Cache中对应的Cache line是已失效的状态，另外由于核心1的Cache也有此相同的数据，且状态为【已修改】状态；
- 所以要先将核心1的Cache对应的Cache line写回内存，然后核心2再从内存读取Cache line大小的数据到Cache中，最后把变量B修改到核心2的Cache并标记为【已修改】状态；
Cache并没有起到缓存的效果，虽然变量A、B没有任何关系，但是由于归属于同一个Cache line，这个Cache line中的任意数据被修改后，都会互相影响，从而重复最后两个步骤；
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作者目标是找到一份Java后端方向的工作 此专栏用来记录从Bilibili、书本、其他优质博客上面学习的内容 用于巩固、总结内容 主要包含Docker、Dubbo、Java基础、JUC、Maven、MySQL、Redis、SpringBoot、SpringCloud、数据结构、杂文、算法、计算机网络、操作系统、设计模式等相关内容
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