MESI 协议主要是为了在引入高速缓存（CPU Cache）后，保证 CPU 缓存一致性。 ### Cache 写策略 数据写入 CPU Cache 之后，在什么时机才把 Cache 中的数据写回到内存呢？有两种常见的写入数据的方法： 1）**写直达**（*Write Through*）：把数据同时写入内存和 Cache 中 写直达的缺点：无论数据在不在 Cache 里面，每次写操作都会写回到内存，这样写操作将会花费大量的时间，无疑性能会受到很大的影响 2）**写回**（*Write Back*）：当发生写操作时，新的数据仅仅被写入 Cache Line 里，只有当修改过的 Cache Line「被换出」时才需要写到内存中，减少了数据写回内存的频率，这样便可以提高系统的性能。  ### CPU 缓存一致性的问题 以一个含有两个 CPU Core 的 CPU 作为例子 假设 A 号核心和 B 号核心同时运行两个线程，都操作共同的变量 i（初始值为 0 ）。  这时如果 A 号核心执行了 `i++` 语句的时候，为了考虑性能，使用了我们前面所说的写回策略，先把值为 `1` 的执行结果写入到 L1/L2 Cache 中，这个时候数据其实没有被同步到内存中的，因为写回策略，只有在 A 号核心中的这个 Cache Line 要被替换的时候，数据才会写入到内存里。 如果这时旁边的 B 号核心尝试从内存读取 i 变量的值，则读到的将会是错误的值，因为刚才 A 号核心更新 i 值还没写入到内存中，内存中的值还依然是 0。**这个就是所谓的缓存一致性问题，A 号核心和 B 号核心的缓存，在这个时候是不一致，从而会导致执行结果的错误。**  ### 保证 CPU 缓存一致性：MESI 协议 **MESI 协议就保证了 CPU 缓存一致性，是支持写回（write-back）缓存的最常用协议**。MESI 其实是 4 个标识 Cache Line 状态单词的开头字母缩写，分别是： - **Modified，已修改**：代表该 Cache Line 上的数据已经被更新过，但是还没有写到内存里 - **Exclusive，独占**：代表数据只存储在一个 CPU 核心的 Cache 里，而其他 CPU 核心的 Cache 没有该数据。这个时候，如果要向独占的 Cache 写数据，就可以直接自由地写入，而不需要通知其他 CPU 核心，因为只有你这有这个数据，就不存在缓存一致性的问题了，于是就可以随便操作该数据。 - **Shared，共享**：代表着相同的数据在多个 CPU 核心的 Cache 里都有，所以当我们要更新 Cache 里面的数据的时候，不能直接修改，而是要先向所有的其他 CPU 核心广播一个请求，要求先把其他核心的 Cache 中对应的 Cache Line 标记为「无效」状态，然后再更新当前 Cache 里面的数据。 - **Invalidated，已失效**：表示的是这个 Cache Line 里的数据已经失效了，不可以读取该状态的数据。