MESI 缓存一致性协议
多核场景下，仅仅依靠CAS这一类硬件原语并不能实现同步，因为原子指令底层实现也可能包含多条微指令，而原子指令的原子性是相对于一个核而言的，多条原子指令在各自的CPU核上都是原子执行的。所以要解决这个问题就要先将总线锁住。例如在Go中Mutex的实现，在执行CMPXCHGL指令直线先LOCK总线。锁住总线就导致程序由并行变为串行，这必然会影响性能，现代CPU都拥有高速缓存，不再通过锁总线的方式实现多核间的同步，为了保证多核间高速缓存的一致性，引入了高速缓存一致性协议（MESI协议）。
单核CPU的cache中每个cache line有2个标志：dirty、valid标识，表示cache中的数据是否被修改、是否有效。而在多个核中每个CPU都有自己对应的cache，多个核共享内存中的数据，MESI协议就描述了数据的共享状态，分别是：
| 状态 | 描述 |
|---|
| M（Modified） | 该行数据有效、被修改，和内存中的数据不一致，该数据只存在于本Cache中。 | | E（Exclusive） | 该行数据有效、和内存中的数据一致，该数据只存在于本Cache中。 | | S（Shared） | 该行数据有效，和内存中的数据一致，该数据存在于多个Cache中。 | | I（Invalid） | 该行数据无效。 |
M与E的共同点是：都是本Cache所独有的；不同点是：M表示Cache中的数据与内存中的数据不一致。
在MESI协议中，每个Cache的Cache控制器不仅要知道自己的读写操作，还要监听其他Cache的读写操作（监听总线）。
状态变化如下，其中Local Read/Write表示对本CPU Cache的读写操作，Remote Read/Write表示其他CPU对自己Cache的读写操作。
| 当前状态 | 事件 | 行为 | 下一个状态 |
|---|
| I（Invalid） | Local Read | 如果其它Cache没有这份数据，本Cache从内存中取数据，Cache line状态变成E； 如果其它Cache有这份数据，且状态为M，则将数据更新到内存，本Cache再从内存中取数据，2个Cache 的Cache line状态都变成S； 如果其它Cache有这份数据，且状态为S或者E，本Cache从内存中取数据，这些Cache 的Cache line状态都变成S | E/S | | I（Invalid） | Local Write | 如果其它Cache没有这份数据，本Cache从内存中取数据并修改，Cache line状态变成M；如果其它Cache有这份数据，且状态为M，则要先将数据更新到内存，读取并修改，其他Cache的Cache line状态变为I； | M/I | | I（Invalid） | Remote Read | 既然是Invalid，别的核的操作与它无关 | I | | I（Invalid） | Remote Write | 既然是Invalid，别的核的操作与它无关 | I | | E（Exclusive） | Local Read | 从Cache中取数据，状态不变 | E | | E（Exclusive） | Local Write | 写入Cache，状态变为M | M | | E（Exclusive） | Remote Read | 数据和其它核共用，状态变成了S | S | | E（Exclusive） | Remote Write | 数据被修改，本Cache line不能再使用，状态变成I | I | | S（Shared） | Local Read | 从Cache中取数据，状态不变 | S | | S（Shared） | Local Write | 修改Cache中的数据，状态变成M，其它核共享的Cache line状态变成I | M | | S（Shared） | Remote Read | 状态不变 | S | | S（Shared） | Remote Write | 数据被修改，本Cache line不能再使用，状态变为I | I | | M（Modified） | Local Read | 从Cache中取数据，状态不变 | M | | M（Modified） | Local Write | 修改Cache中的数据，状态不变 | M | | M（Modified） | Remote Read | 写会内存，使其它核能使用到最新的数据，状态变为S | S | | M（Modified） | Remote Write | 写会内存，使其它核能使用到最新的数据，数据被修改，本Cache line不能再使用，状态变为I | I |
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