1. 概述
上一篇拋出了一個緩存不一致問題，即多線程在多cpu執行過程中，各cpu高速緩存之間會出現數據不一致，或者cpu高速緩存與主內存數據不一致。從計算機的發展歷史看，解決緩存數據不一致，先後出現了兩種方案，一種是總線加鎖，該方案現在基本不用了，主要原因是性能差。第二種是目前主流的緩存一致性協議，也就是較爲著名的MESI協議。
2. 總線加鎖
cpu從主內存取數據到自己的高速緩存，或者將自己對應高速緩存數據同步刷新到主內存，都要經過總線。如下如所示：
如果線程2對flg=1要進行自增操作，首先cpu2要將主內存的數據flg=1讀到自己的高速緩存，此時總線會加鎖，然後再執行cpu2指令，將flg自增，並修改爲flg=2，隨後再寫回高速緩存，最後同步刷新到主內存，這一過程結束後，總線才釋放鎖。
在總線加鎖的過程中，cpu1就無法從主內存讀取數據，也無法將已修改完的數據從高速緩存同步刷新到主內存，直到cpu2對應的線程完成加鎖與釋放鎖的過程結後才能進行。
這個總線加鎖機制，性能差，一旦多個線程對某個共享變量進行操作，就會因總線加鎖導致線程串行化的問題，多個cpu多線程併發運行的時候，效率低。
3. 緩存一致性協議MESI
緩存一致性協議解決了上面總線加鎖性能差、效率低的問題。
該方案採用了對高速緩存中的數據基本單位緩存行（cache line）加鎖，而非通過總線加鎖，在實現過程中，JVM會向處理器發送一條Lock前綴指令，保證鎖的範圍限定在各cpu所在的高速緩存中，完成數據修改後，強制將數據刷新到主內存，這一過程中會給總線發送數據修改消息，其他cpu通過總線嗅探機制，嗅探到自己高速緩存中的數據已修改，會失效自己當前的高速緩存數據，重新將主內存的最新數據加載到自己緩存，以保證主內存與各高速緩存中的數據一致性。
下面通過圖例來說明：
線程1讀數據：
1-1: 線程1對主內存數據進行讀操作，將變量flg=1讀到高速緩存，供cpu計算使用；
1-2: cpu向總線發送嗅探消息，一旦有其他高速緩存向總線發送修改緩存的消息，就執行1-3步驟；
1-3: 失效自己高速緩存數據flg=1，將主內存中的最新數據重新讀入自己的高速緩存。
線程2寫數據：
2-1: 線程2對主內存數據進行自增操作，先讀取到高速緩存，再通過cpu指令完成自增操作後，寫回主高速緩存，該步驟會對自己的高速緩存中的最小單位緩存行加鎖；
2-2: 最後將flg=2刷回主內存，數據經過總線時，會給總線發送數據修改消息；
上述過程中，如果線程1再次讀高速緩存的數據，會通過嗅探消息發現數據已更改，並確認得知數據也已經強制刷新到主內存中，做1-3步驟，失效自己的原先的flg=1，強制從主內存重新讀取數據到cpu1的高速緩存中。
MESI協議在不同硬件底層有不同的實現方式，但可以在效果上達到兩個目的：
（1）flush機制：對高速緩存的數據修改強制刷新到主內存；
（2）refresh機制：其他cpu如果嗅探到自己高速緩存的變量副本已被修改，失效自己的高速緩存，從主內存獲取最新數據到高速緩存。
對於MESI協議的具體實現，裏面還涉及到不少細節，將在後續的篇幅中慢慢展開。