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前言
要深入理解JAVA并发，只从JAVA封装好的各种API及线程模型去了解是不够的，JAVA程序运行在JVM实例上，对于操作系统来说，整个JVM+Java程序加在一起相当于一个用户态进程。而JAVA多线程，本质上来说，也可以理解为操作系统多线程，今天我们就来从操作系统及硬件层面聊聊多线程。
CPU是如何工作的
件体系非常的复杂，作者知识有限，这里仅根据个人理解进行总结归纳。
CPU内部利用晶振震荡产生时钟信号，时钟信号高低电平可以表述成0-1信号，按照固定的频率输出给PC程序计数器，CPU就可以根据PC寄存器里面的地址从指令寄存器当中一个一个的取出指令并执行，计算机就这样一直不停的循环下去。
CPU流水线技术与指令重排序
然而这种执行方式效率是很低的，因为每条指令必须执行完毕才能执行下一条指令，而相对于CPU寄存器，内存的速度是很慢的，更别说硬盘等其他外设了，所以CPU引入多级缓存机制和流水线机制提高指令执行吞吐量。
这里简单说一下流水线机制，CPU把一个机器指令分为多个指令阶段，这样利用多级流水线，多个CPU指令的各个指令阶段就会穿插执行，看上去多个指令变成并行执行了，那么也许看到这里你会问，并行执行？不会有问题吗，答案是不会，CPU会利用多种机制判断指令是否可以并行，会尽可能的让可以并行的指令，例如无依赖的指令，则并行执行。 而有依赖关系的指令，依然会顺序执行，这样就能既保证一定的并行又保证程序正确性。
按照前面的理解，我们可以很容易的想到，想提高程序性能，只要拼命提高计算机主频就好了，那么为什么现在还有多核的架构，这不是很复杂吗？没错，早期的计算机就是靠提升主频的方式提高性能的，也就是著名的摩尔定律，但是受到物理的限制，晶振在高速震荡的时候产生大量热量无法及时散热，而增加CPU面积又会增大晶振震动的距离增加延迟，当到达主频发展的瓶颈时，聪明的科学家就想出了多核的解决方案。
内存重排序与内存屏障
然而，前面说到的CPU流水线技术，虽然能够保证一个进程（线程）的程序执行顺序，但是如果程序是多线程的，多个线程运行在多个CPU上，而每个CPU都有自己的一套缓存，假设CPU1修改了变量a的数据并写入缓存还未刷新到主存的时候，CPU2也读取a的数据，这样就读到了旧的数据，这样从内存角度上看来，程序的执行实际上是乱序了，这也就是所谓的内存重排序。
说到这里，并发领域，个人认为最难理解，最晦涩的内存屏障就闪亮登场了，为了保证多线程并发程序的顺序正确性，CPU厂商各自制定了自己的处理器内存模型规则，如下表：
可见，面向硬件的编程是非常的复杂的，硬件厂商定义了各自的内存屏障规则，有的相对松散，越松散硬件能够乱序执行并优化性能的空间越大，而程序员想写出正确的并发程序也就越难，而JAVA语言的内存模型JMM则致力于定义一套统一的内存视图，使程序员能够容易理解，并屏蔽底层硬件的差异，让Java程序员能够更简单的写出正确同步的多线程并发程序，这个内存视图就是后面要讲到的happens-before规则。
总结
本篇，作者以个人浅薄的理解，简单梳理了一下，JAVA并发背后操作系统及硬件层面并发面临的挑战，以及操作系统，硬件厂商，乃至编译器开发者做出的努力及提供的工具，例如：内存屏障，缓存一致性协议（MESA），让我们能够对linux的多线程程序背后机制有一个大概的了解。
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