为啥要有多线程编程（多线程学习笔记）

出现多线程编程的历史原因：（为了提高速度和性能，合理利用CPU）
我们的 CPU、内存、I/O 设备都在不断迭代，不断朝着更快的方向努力。但是，在这个快速发展的过程中，有一个核心矛盾一直存在，就是这三者的速度差异。
始终是CPU > 内存 > IO设备
为了合理利用 CPU 的高性能，平衡这三者的速度差异，计算机体系结构、操作系统、编译程序都做出了相应贡献。
主要体现为：
CPU 增加了缓存，以均衡与内存的速度差异；
操作系统增加了进程、线程，以分时复用 CPU，进而均衡 CPU 与 I/O 设备的速度差异；
编译程序优化指令执行次序，使得缓存（CPU缓存）能够得到更加合理地利用。

并发程序很多诡异问题的根源也在这里。

源头之一，CPU缓存导致的可见性问题（多核时代，每个CPU都有自己的缓存，这计算机体系结构）
一个线程对共享变量的修改，另外一个线程能够立刻看到，我们成为可见性。（比如：我看见常威打来福，而不仅仅是看到了受伤的来福）

源头之二，线程切换带来的原子性问题（这属于操作系统）
操作系统做任务切换，可以发生在任何一条 CPU 指令执行完，是的，是 CPU 指令，而不是高级语言里的一条语句。

源头三，编译优化带来的有序性问题（编译器软件）
顾名思义，有序性指的是程序按照代码的先后顺序执行。编译器为了优化性能，有时候会改变程序中语句的先后顺序。

为了合理利用 CPU 的高性能，平衡这三者的速度差异，计算机体系结构、操作系统、编译程序都做出了贡献，主要体现为：
1、CPU 增加了缓存，以均衡与内存的速度差异；
2、操作系统增加了进程、线程，以分时复用 CPU，进而均衡 CPU 与 I/O 设备的速度差异；
3、编译程序优化指令执行次序，使得缓存能够得到更加合理地利用。

个人感悟：其实从这三点就可以看出，我们平常的编程语言编程是表面上的东西，而里面是另外一种情况（操作系统、CPU以及你不接触的编译器软件），多线程编程技术就是为了平衡这个“表面”与“里面”的一个差异，多线程编程技术其实是不得已的一个填坑方案和技术手段而已。（目的还是满足合理利用CPU这么快速的资源）

各个编程语言都会遇到上面谈到的问题。每个编程语言应对的方式也不一样。
在Java这门编程语言中，有自己独特的办法。

那么如何解决这三个问题呢？
既然你CPU增加了缓存，这样导致了可见性问题，那我不用CPU的缓存不就可以了？
禁用CPU的缓存，直接从内存中读取或写入，内存是所有CPU共享的，所以这从根本上就解决了可见性问题。但是内存的速度是慢于CPU的，这样性能就会有所下降。
那如何在代码语句上体现出来禁止使用CPU缓存，那么不管是哪个线程在哪个CPU上运行这段代码时，都被限制了使用CPU的缓存，直接从内存中读取或写入，彼此之间都清楚动了什么地方。

我们知道编译软件优化了指令的执行次序，使得CPU缓存能够更加合理地利用。

但是上面已经禁用了CPU缓存，尽然CPU缓存不让用了，那编译优化的意义也就不复存在了，所以编译优化也要禁用掉，这样可见性和有序性就都得到解决了，只是这样的话我们的程序性能就真的大大降低了，唯一的办法就是按需禁用，不能一直禁用，不然程序就真的太慢了。

Java提出的独特的办法就是内存模型，Java的内存模型规范了JVM按需禁用CPU缓存和编译优化的办法。在我们编程上的体现为：volatile、synchronized和final三个关键字。还有就是JVM的6项Happens-Before规则。

上面把可见性和有序性的问题给解决了，还有线程切换带来的原子性问题呢？
同样的思路，也是按需禁用线程切换，具体在Java代码上的体现就是当线程执行到一段代码（类、方法、代码块）时，为这段代码加上锁，其他线程别想进来，这样就达到了切换线程切换不成的目的，得等当前线程出去了，其他线程拿到锁才可以进入这段代码执行对应逻辑。

目的：为了合理利用CPU这个快速的资源。（CPU快嘛，而且现在都是多核了，这是肯定会面对并且要解决的问题）
多线程编程：为了达到上面的目的，以及CPU、操作系统、编译器三者的优化所带来的问题，不得已的一种填坑技术。

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