图解 Volatile 原理三

你好呀，我是悟空呀~上篇我们讲到用 volatile 修饰的变量，当某线程更新变量后，其他线程也能感知到。那为什么其他线程能感知到变量更新？

其实这里就是用到了“窥探（snooping）”协议。在说“窥探（snooping）”协议之前，首先谈谈缓存一致性的问题。

缓存一致性

当多个 CPU 持有的缓存都来自同一个主内存的拷贝，当有其他 CPU 偷偷改了这个主内存数据后，其他 CPU 并不知道，那拷贝的内存将会和主内存不一致，这就是缓存不一致。那我们如何来保证缓存一致呢？这里就需要操作系统来共同制定一个同步规则来保证，而这个规则就有 MESI 协议。

如下图所示，CPU2 偷偷将 num 修改为 2，内存中 num 也被修改为 2，但是 CPU1 和 CPU3 并不知道 num 值变了。

MESI

当 CPU 写数据时，如果发现操作的变量是共享变量，即在其它 CPU 中也存在该变量的副本，系统会发出信号通知其它 CPU 将该内存变量的缓存行设置为无效。如下图所示，CPU1 和 CPU3 中 num=1 已经失效了。

当其它 CPU 读取这个变量的时，发现自己缓存该变量的缓存行是无效的，那么它就会从内存中重新读取。

如下图所示，CPU1 和 CPU3 发现缓存的 num 值失效了，就重新从内存读取，num 值更新为 2。

总线嗅探

那其他 CPU 是怎么知道要将缓存更新为失效的呢？这里是用到了总线嗅探技术。

每个 CPU 不断嗅探总线上传播的数据来检查自己缓存值是否过期了，如果处理器发现自己的缓存行对应的内存地址被修改，就会将当前处理器的缓存行设置为无效状态，当处理器对这个数据进行修改操作的时候，会重新从内存中把数据读取到处理器缓存中。

总线风暴

总线嗅探技术有哪些缺点？

由于 MESI 缓存一致性协议，需要不断对主线进行内存嗅探，大量的交互会导致总线带宽达到峰值。因此不要滥用 volatile，可以用锁来替代，看场景啦~

作者简介：悟空，8 年一线互联网开发和架构经验，用故事讲解分布式、架构设计、Java 核心技术。《JVM 性能优化实战》专栏作者，开源了《Spring Cloud 实战 PassJava》项目，公众号：悟空聊架构。本文已收录至 www.passjava.cn