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爲什麼要併發
充分利用CPU計算能力
隨時多核處理器的發展，計算機的計算能力越來越強大。但是，由於磁盤讀寫、網絡IO等這些通信、存儲系統與CPU的速度相差多個數量級，我們在應用計算機時，如果單純的讓cpu等待磁盤IO、網絡IO便是對cpu的計算能力的浪費。
那麼如何讓CPU的能力充分利用呢，我們自然會想到讓多個任務同時執行，不必因爲一個任務等待在IO上而讓這個cpu也同時等待（佔用），這時可以讓這個cpu去處理別的任務
提升服務端的服務能力
我們除了充分利用CPU，在現實中，人們更希望一個服務能夠良好的爲多個客戶端提供服務。作爲服務端的工程師們，自然也會想到如何更好地併發處理多個任務了。通常衡量一個服務端併發能力的指標是TPS(transaction per second),
提升響應速度，提供更好地體驗
當你在taobao上購買一個商品，你肯定願意更快速的完成支付。在支付成功，會有生成訂單、庫存記錄、郵件通知等等步驟，使用併發能夠同時執行多個任務，事半功倍。
硬件層面優化
高速緩存
剛纔說了，cpu的速度與存儲等系統的速度差距巨大，但是使用cpu不可能避免去主內存讀取數據，爲了提高整體的計算能力，現代計算機在主存與CPU之間加入了高速緩存提高cpu整體的運算能力。當cpu做計算時，先將需要的數據存儲在高速緩存上，cpu直接與高速緩存做交互，當cpu計算完時再將高速緩存的數據同步到主內存中，這樣避免了多次與較慢的主內存通信，拖慢速度。
但是在多處理器計算機中，對每個cpu上加一層高速緩存的做法，也會引入更多的複雜性。如果多個cpu的高速緩存上存儲了同一個變量，計算後，每個高速緩存的變量值不同，那麼到底以誰的數據爲準呢？
緩存一致性（Cache Coherence）
爲了保證多個cpu的緩存與內存的同步有序可控，也就是爲了解決緩存一致性問題，需要各個處理器訪問緩存時遵守一些協議：如MESI等等。通過這些協議來保證緩存的一致性。
重排序優化
cpu還會對輸入的指令進行亂序重排，以提高執行速度。這個亂序重排是針對每個計算單元內的指令（計算單元就是非原子性的執行指令），對於每個計算單元執行後的結果，會對着這些結果進行重組保證整體執行結果正確性。但是每個計算單元內部的順序無法保證按序執行，如果一個計算單元依賴於另一個計算單元的中間狀態，那麼這樣的亂序執行結果就無法保證正確。
除了cpu的重排序，JIT編譯器也有類似的重排序優化。
JMM(java memory model)
JMM-java內存模型，就是通過定義一套抽象規則，去屏蔽底層操作系統、硬件對內存訪問的差異，使得JAVA代碼執行時對主存的訪問效果是一致的。
JMM中定義的主存，類比於操作系統中的主存，主要存放線程間的共享數據（除去方法參數、局部變量）。
JMM中的每個線程都有一個WorkingMemory，是主內存中部分數據的副本，只能該線程訪問，類比於硬件的高速緩存。線程對數據的訪問通常只能在workingMemory中進行，不能直接與主存交互。
WorkingMemory與Main Memory之間的交互
JMM定義了8種操作，來完成WorkingMemory與MainMemory之間的交互，這8中操作都是原子性的（對於64bit的long\double變量來說，某些平臺的這8中操作並不是原子性的）。
- Lock： 作用於主內存MainMemory，鎖住變量所在的MainMemory部分，不允許其他線程訪問，排他訪問。
- unlock：與lock對應，解鎖。
- read：作用於主內存上，把主內存上的某個數據傳輸到workingMemory上，以便後續的load指令使用。
- load：作用於workingMemory上，把從主內存傳輸的數據移動到workingMemory對應的變量副本上。
- use ：作用於workingMemroy，它把workingMemroy中的變量副本的值傳遞給java執行引擎。jvm每當執行到需要使用某個變量時都會執行這個操作。
- assign:作用於workingMemory，把執行引擎中的某個值賦給workingMemory中的某個變量副本。JMV每當遇到一個賦值的字節碼指令時，都會執行這個操作。
- store：作用於workingMemory,把workingMemory中的某個變量值傳輸到主內存中，以便後續執行write操作。
- write：作用於主內存，把store操作傳輸過來的數據放入主內存中寫入。
對於上述命令的執行，必須遵守的規則：
1.load、read 與 store、write 必須遵守先後順序，但是它們之間可插入其他命令，也就是一個load（store）後邊必須對應一個read（write）。如果要把一個變量從workingMemory中同步到主內存中，需要順序的執行store、write。同樣，要把一個變量從主內存同步到workingMemory中要順序執行read、load。
2.不允許workingMemory中的數據在沒有執行assign指令時，將數據同步到主內存中。
3.一個新的變量必須要首先要在主存中出現，也就是說先要執行了assign、load之後才允許執行對這個變量的use、store指令。
4.同一時刻只允許一個線程對變量執行lock操作，一個lock操作必須對應一個unlock操作
5.對一個變量執行unlock之前，需要把這個變量同步回主存（執行 store、write操作）
6.在執行lock時，會清空這個cpu對應的緩存數據，在執行引擎使用(use)這個數據之前，需要重新load或assign這個workingMemory中的緩存值。
7.在執行unlock時，需要把這個變量同步回主存（store，write）。
原子性、可見性、有序性
前文說了，JMM對不同操作系統、硬件的屏蔽後，抽象出來的一套線程本地內存對主存訪問的統一描述規則。具體主要圍繞着可見性、原子性、有序性展開描述。
原子性：
JMM定義了 lock、read、load、use、assign、store、write、unlock原子性指令(long\doubel 64bit數據操作允許非原子性，但目前很少有非原子性實現的JVM)，來保證指令的原子性。在更大範圍的計算中如何保證原子性？java中通過使用lock、unlock指令可以保證更大範圍的原子性操作，在字節碼層面對應monitorenter、monitorexit指令；在JDK中對應的就是synchronized關鍵字。
可見性：
synchronized：可見性通過 lock\unlock直接讀取主內存刷新緩存來完成；
volatile：可見性通過對volatile修飾的變量，直接立即從主存讀取實現；
final：通過插入屏障禁止重排序，保證每次讀取final變量時獲取已經初始化完成的值，並且final變量的引用無法更改。
有序性：
synchronized:通過使用lock\unlock 指令，限定一個線程獨佔訪問，來實現有序性。
volatile：通過使用內存屏障禁止重排序。
final:同樣是使用 內存屏障禁止重排序，保證一個線程觀察另一個線程中的final變量總是初始化完成的。
1.Within-Thread As-If-Serial Semantics.
2.Without-Thread，reodrdering:指令重排序、工作內存與主內存同步延遲
volatile關鍵字本身就包含了禁止指令重排序的語義，而synchronized則是由“一個變量在同一個時刻
只允許一條線程對其進行lock操作
happens-before
happens-before這個原則非常重要，它是判斷數據是否存在競爭、 線程是否安全的主要依據，依靠這個原則， 如果說操作A先行發生於操作B，其實就是說在發生操作B之前，操作A產 生的影響能被操作B觀察到，“影響”包括修改了內存中共享變量的值、 發送了消息、 調用了 方法等
下面是Java內存模型下一些“天然的”先行發生關係，
這些先行發生關係無須任何同步器協助就已經存在，可以在編碼中直接使用。
如果兩個操作之間的關係不在此列，並且無法從下列規則推導出來的話，它們就沒有順序性保障，虛擬機可以對它們隨意地進行重排序。
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Program Order Rule：在一個線程內，按照程序代碼順序，書寫在前面 的操作先行發生於書寫在後面的操作(代碼不存在依賴關係是可以被重排序的，但是從我們感知來說依舊是順序執行的，as-if-serial)
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Monitor Lock Rule：一個unlock操作先行發生於後面對同一個鎖的lock操作。 這裏必須強調的是同一個鎖，而“後面”是指時間上的先後順序.
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Volatile Variable Rule：對一個volatile變量的寫操作先行發生於後面對這個變量的讀操作，這裏的“後面”同樣是指時間上的先後順序。
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Thread Start Rule：Thread對象的start（）方法先行發生於此線程的每一個動作。
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Thread Termination Rule：線程中的所有操作都先行發生於對此線程的終止檢測
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Thread Interruption Rule：對線程interrupt（）方法的調用先行發生於被中斷線程的代碼檢測到中斷事件的發生
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對象終結規則（Finalizer Rule）：一個對象的初始化完成（構造函數執行結束）先行發生於它的finalize（）方法的開始。
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Transitivity：如果操作A先行發生於操作B，操作B先行發生於操作C，那就
可以得出操作A先行發生於操作C的結論。一個操作“時間上的先發生”不代表這個操作會是“先行發生”，一個操作“先行發生”也不能推導出這個操作必定是“時間上的先發生”。
也就是說happenbefore中的先行發生與我們常識中的時間先後的發生沒有關係。這裏的先行發生主要是對後續發生的操作產生影響！
線程的實現
線程是比進程更輕量級的調度執行單位，線程的引入，可以把一個進程的資
源分配和執行調度分開，各個線程既可以共享進程資源（內存地址、 文件I/O等），又可以
獨立調度（線程是CPU調度的基本單位）。
主流的操作系統都提供了線程實現，Java語言則提供了在不同硬件和操作系統平臺下對
線程操作的統一處理，每個已經執行start（）且還未結束的java.lang.Thread類的實例就代表
了一個線程。 我們注意到Thread類與大部分的Java API有顯著的差別，它的所有關鍵方法都
是聲明爲Native的。 在Java API中，一個Native方法往往意味着這個方法沒有使用或無法使用
平臺無關的手段來實現（當然也可能是爲了執行效率而使用Native方法，不過，通常最高效
率的手段也就是平臺相關的手段）。 正因爲如此，作者把本節的標題定爲“線程的實現”而不
是“Java線程的實現”。
實現線程主要有3種方式：使用內核線程實現、 使用用戶線程實現和使用用戶線程加輕
量級進程混合實現。
http://www.cs.umd.edu/~pugh/java/memoryModel/jsr-133-faq.html#whatismm
https://www.cs.umd.edu/users/pugh/java/memoryModel/
