接着上篇文章，了解了一些线程的基本知识，知道了如何去使用线程，那么在多线程的环境下，我们会遇到什么问题呢？经常能遇到的JMM是啥？多线程的三大特性是啥，跟我们平时的使用有什么关系？
为什么多线程会出现各种各样的问题？
想要知道为什么单线程情况下开发那么简单，而多线程的情况下却需要考虑那么多的问题，其实主要还是需要了解线程是如何被调度、执行，以及线程执行与内存的关系。
线程执行
首先我们要知道，我们一直理解的这个线程，其实并不是一个真正实际意义上的线程，真正的线程是在我们CPU内部的执行线程，我们平时创建的线程，其实是虚拟线程，甚至说我把它理解为任务，只不过这个任务在我们jvm中，是以一个栈的形式存在，和cpu中的执行线程类似，所以称为线程，虚拟线程中的所有工作，最终只能交给CPU中的实际线程进行执行，我们调用了Thread类的start方法之后，对于我们来说，其实已经认为这个线程是运行状态了，但是对于真正CPU来说，其实它根本不会知道下一个执行的是哪个线程，而是由操作系统去将我们程序中的虚拟线程调度给CPU,让CPU执行。
单核CPU执行
在早期单核时代，抛开超线程去理解，在单核CPU的情况下，其实真正CPU只有一个线程在执行所有的任务，那么其实系统上所有的虚拟线程都是被单线程执行，这种情况下，操作系统将进程内的任务一个一个调度给CPU，CPU一个一个执行，对于一个进程内，所有任务就是按顺序执行，我们只需要在一个任务内将所需要做的工作编排好，不需要有其他的考虑，这样只有一个不好的地方就是，任务处理速度慢，当一个任务运行的时候，其他的任务都是一个排队的状态，甚至简单点说，其他程序运行的时候，当前程序是处于一个暂停的状态。
造成的问题gon
运行正常并且好控制，但是因为慢，无法承受很大的工作量
多核CPU执行
访问量着时代的发展，单核CPU已经无法支撑大量的工作，多核CPU的出现，大大提升了电脑/服务器的性能，如果单核CPU的意思是说一个线程去执行所有的任务，那么多核CPU就是增加人手去减轻单个CPU的压力，并且提升整体系统的处理水平，原本10个虚拟线程任务，一个CPU线程去执行，现在有2个，4个，8个甚至更多的CPU线程去执行，那肯定是杆杠的，但是人手多了就会出现一个问题，原本一个人的时候，我们知道会执行完一个任务再进行下一个任务，但是人多了，出现的情况是操作系统将我们的一大堆虚拟线程任务分给CPU之后，根本没办法知道，哪个任务会先执行，哪个后执行，还是说会同时执行，这已经不是我们能控制的了，那再出现一种情况是说，任务之间可能还会有关联，甚至说操作的都是同一块资源。那这种情况下，虽然大大提升了系统的性能，但是也给我们造成了困扰，多个线程同时执行，我们无法预知任务执行顺序、时机的情况下，如何才能保证我们的资源被正确使用呢？
造成的问题
运行快，性能高，完成的任务量大，但是不好控制线程之间执行顺序
JMM
什么是JMM
之前我有写过几篇关于JVM的文章，那JMM是什么呢，它跟JVM有什么关系吗？其实，JVM是内存结构，而JMM是内存模型，JVM说的是整个java虚拟机内部的资源如何分配，而JMM是说JVM运行起来之后，内部线程与内存之间的关系。在搜索引擎里搜索JMM，可以看到很多图文解释，其实最终的目的是告诉我们，在线程运行之前，所有的资源其实都是存放到主内存之上，当一个线程运行起来的时候，占用的是独享的工作内存，如果需要操作主内存上的资源，线程是会在运行起来的时候，先去将主内存的资源copy到工作内存中，在工作内存进行操作，操作完成之后，才会刷新到主内存里。那这个会造成什么问题呢？如果是在多线程运行的情况下，一个主内存的资源被多个线程拿到自己的工作内存中操作，那么这个资源的变化在线程互相之间根本是不可见的，如果某些执行慢，某些快，那慢的是不是会一直用一个早已经被修改过，错误的资源一直处理，而且更恐怖的是处理完之后还会将一个错误的结果刷新到主内存中，那结果不就是错误的吗？
造成的问题
线程内部处理速度快，但是处理的资源互相不可见，无法保证处理的是最新的资源
重排序
什么是重拍序呢，其实就是为了提高最终cpu处理的速度，在编译或者执行层面，略微对代码的执行顺序进行调整。重排序分为两种情况，一种是编译器级别的重排序，一种是处理器级别的重排序。
重排序遵守的规则
Happens-before
简单来说，happens-before原则就是JMM规定，在以下几种情况下，不能进行重排序，否则会对程序结果产生影响
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单线程happen-before原则：在同一个线程中，书写在前面的操作happen-before后面的操作。
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锁的happen-before原则：同一个锁的unlock操作happen-before此锁的lock操作。
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volatile的happen-before原则：对一个volatile变量的写操作happen-before对此变量的任意操作(当然也包括写操作了)。
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happen-before的传递性原则：如果A操作 happen-before B操作，B操作happen-before C操作，那么A操作happen-before C操作。
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线程启动的happen-before原则：同一个线程的start方法happen-before此线程的其它方法。
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线程中断的happen-before原则：对线程interrupt方法的调用happen-before被中断线程的检测到中断发送的代码。
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线程终结的happen-before原则：线程中的所有操作都happen-before线程的终止检测。
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对象创建的happen-before原则：一个对象的初始化完成先于他的finalize方法调用。
as-if-serial
as-if-serial规则的意思是说，无论怎么进行重排序，必须保证（单线程）当前线程下执行的结果要和原顺序执行的结果保持一致
各种级别的重排序
编译器级别的重排序
其实因为我们一个任务在最终被执行的时候，cpu是会先将部分需要操作的数据从内存拿到缓存，再拿到寄存器中，然后再通过cpu的计算单元去通过操作寄存器中的数据来增加处理速度。那这种情况下，如果能保证后续需要操作的数据一直在寄存器中，那么可以省去再去缓存，内存中拿数据的时间，计算会很快。但是如果按我们自己写的程序去执行，可能会出现一种情况就是相邻的两行操作指令根本没什么关系。会导致CPU需要一直反复的去缓存，内存读数据。效率肯定不如先执行一些已经存在可以操作的数据。所以编译器其实在编译阶段，会给我们代码做了优化，尽可能的让cpu先去执行比较快的操作。
处理器指令级别的重排序
其实我们指令级别的重排序，是为了让我们的指令按照流水线的模式去运行，解释一下这个流水线模式，其实就是一个指令级别的并行模式，原本单个执行单元的操作的顺序可能是，读取指令、解码指令、运行指令、写回结果。这种情况会是相当于一个执行单元完成四件事情，完成这操作之前，下个操作就需要等待。比如读取指令的时候，剩下单个指令都需要等着被执行。剩下的指令在操作过程中，下一个任务就需要等着。但是流水线模式改变了这种方式，提升了指令操作的效率。它将四个操作指令创建了四个指令单元（举例），每个指令单元只做一件事，并且可以同时执行，执行，A单元只用来读，B单元只用来解码，C单元只用来运行，D单元只用来写回。这样每个指令单元只做相同的操作就可以，并且任务1在处理到B这个执行的时候，任务2已经进入到了A执行单元。大大提升了执行效率。指令级别的重排序就是为了让相同的指令任务尽量排在一起，提升执行效率。
处理器内存级别的重排序
内存级别的重排序可能并不是真的重排序了，是因为CPU操作之后写回内存的时候，并不是实时的，因为中间有一层缓存层，它是通过缓存flush到内存中，这就会有可能导致cpu处理之后的值无法实时更新到内存中，刷到主内存中的顺序可能跟实际操作的顺序不一样，看起来是乱序的
造成的问题
单线程下，重排序最终结果是一直的，并且提升了运行的效率，但是多线程下，虽然重排序了之后单线程的结果不变，却导致多线程运行期间，需要互相访问资源的时候，拿到的资源并不一定是完整的状态，而是一个一半的状态，甚至就是一个错误的状态。
如何解决这些问题？
多线程情况下，资源互相不可见，那就可以使用volatile保证可见性，指令会重排序，那就可以用volatile让阻止重排序或者final直接将变量焊死，不让其内部指令分开执行，线程乱序执行导致最终结果不能保证原子性，那我们就可以使用sychronized关键字，让我们需要保持原子性的任务按顺序执行,保证有序性和原子性,具体他们是如何保证的，下边文章我会继续梳理。
总结
这篇文章简单介绍了多线程运行的情况下，哪些因素会导致最终多线程运行的结果出问题，比如多CPU执行线程，JMM内存模型，重排序等引出多线程开发的三个特性，可见性，有序性，原子性，了解多线程之间会出现什么问题，才能让我们知道如何去解决这些问题。
