多线程之所以复杂，是因为在多线程环境下，稍有不慎就会导致诡异的问题。这个诡异表现在，他不是一定会出现，他不知道会在什么时候会以什么样的姿态出现在我们的生产环境中。为了避免犯错误，所以我们在所有可能出问题的地方都加上synchronize，那当然也是欠妥的，所以我们要搞清楚其中的细节，对我们写程序就有比较大的帮助了。
要知道Java为什么容易出问题，首先就要看看他的内存模型了。我们先看一下硬件方面的问题。cpu在设计的时候，都设计了一级、二级缓存，甚至有三级缓存，就是为了加速数据的访问。因为cpu访问主存相比于访问cpu的寄存器的速度，不是一个数量级的。如果所有的数据都从主存中去取固然是没有了同步的问题，但是效率也就下降了。如果针对一个读比较多的业务程序来说，命中了cpu缓存的读取，会大大加速程序的速度，这也是设计cpu的初衷，就是为了加速。这必然就带来了同步的问题，我们抽象一下cpu的缓存模型如下(图片为引用)
当cpu将一个变量的值更新之后，只在自己的cpu缓存里生效了，另外的cpu却看不到，这便是可见性问题。
为了应对这个问题，硬件工程师们提出了一个解法，他就是Cache一致性协议MESI。大概说说mesi协议。他的做法就是在变量身上打一个标，一共有S\E\M\I四种状态。分别是
第一种，当读的时候。
如果变量是I状态，他就会向总线发送一条消息，想知道当前的变量到底是啥。现在其他cpu如果收到了消息，就会看自己的标志位，如果是M的则会把M的值发给他，否则的话，由主存或者其他cpu把当前的值发送给他。
如果不是I状态，而是其他三种状态，则会直接使用当前缓存里的值。
第二种，当写的时候。
写的时候，他会先发送消息给其他cpu，让他们失效当前的变量值。等到其他cpu都回答了他，告诉他失效完成，他就会尝试抢写锁，也就是把变量进入E状态。如果抢锁成功，他会写入变量到自己缓存里进入M状态，最后再刷新进主存，整个写过程就完成了。
但是我们发现，如果干等着其他cpu回复他失效成功的消息，实在是太慢了一点，硬件工程师又想了一个办法。他们让每一个cpu有一个失效队列，失效的时候，先放进失效队列。然后那个cpu也不等他们消息，直接把值写进一个缓存区，等到一定时间，把这段时间修改的变量一起刷进主存。
我们可以看到，在追求性能的时候，工程师们无所不用其极。但是在引入一个解决方案的同时，又会引入另外一个问题。当然为了彻底解决，可以一刀切，不用缓存，这显然就把想要优化的程序的人拒之门外了。所以他引入了缓存，并且把这些机制留给写代码的人，让你来决定怎么做。也就是为了速度，让程序变的复杂了。你想要更快就得接受复杂的事实，所以事情都是有两面性的。
另外一个导致问题的根源就是cpu的重排序导致。重排序有三种，编译期的重排序，指令重排序，内存重排序。重排序，也是为了让程序更快，我们可以举例说明。如下程序，
class MixedOrder{
int a = 0;
boolean flag = false;
public void writer(){
a = 1;//1
flag = true;//2
}
public void read(){
if(flag){//3
int i = a + 1；//4
}
}
}
解释下这段代码，1和2重排序其实是不改变代码的执行结果的，所以在执行的时候，就能重排序。另外，3和4，通常cpu在执行的时候，会先执行4，因为他不会干等着3的结果再去执行4，他可以先执行4，再去计算3，等3计算出来了4也执行完了，并行执行岂不是更快。
在单线程的程序中，程序总是能保证按照你预期的顺序执行(即使被重排序了)，因为最终结果和顺序执行是一样的，所以你感觉不到。但是在多线程的环境下可能就有问题了。
现在假设有两个线程分别在执行write和read两个方法，可能在执行a+1的时候，a还未被赋予1，也就是a还是0，这个时候程序也就出错了。
为了解决上面的问题，Java引入了JMM，也就是内存模型，试图向Java程序员屏蔽掉这些底层的细节，让程序更容易写。
在JDK5中，Java实现了jsr-133协议，他主要制订了一下的四条规则，也就是非常重要的happens-before原则，依靠这个原则，我们就能判断我们的程序是否是线程安全的。
a. 程序顺序原则，即在一个线程内必须保证语义串行性，也就是说按照代码顺序执行。
b. 锁规则 解锁(unlock)操作必然发生在后续的同一个锁的加锁(lock)之前，也就是说，如果对于一个锁解锁后，再加锁，那么加锁的动作必须在解锁动作之后(同一个锁)。
c.volatile规则 volatile变量的写，先发生于读，这保证了volatile变量的可见性，简单的理解就是，volatile变量在每次被线程访问时，都强迫从主内存中读该变量的值，而当该变量发生变化时，又会强迫将最新的值刷新到主内存，任何时刻，不同的线程总是能够看到该变量的最新值。
d. 传递性 A先于B ，B先于C 那么A必然先于C
那么volatile和所具体是如何保证线程安全性的呢？我们来仔细看一看。
volatile： volatile通过内存屏障保证了volatile的重排序，这就保证数据的写入一定在读取之前。另外一个方面，volatile是读写都是直接跟主存打交道的，所以是牺牲了性能的。所以你为了线程安全，能把所有的变量都定义成volatile的吗？显然是要根据具体情况具体分析嘛。值得注意的是，volatile虽然是原子性的，但是volatile的变量自增显然不是原子性的，因此也就会有数据一致性问题。
锁: 锁的释放会给获取锁的线程发送信息，并且将自己的变量刷回到主存中。同时根据happens-before原则，则可以看出以下的模型(转载自http://ifeve.com/java-memory-model-5/)
ReentrantLock底层则是使用volatile变量来共享状态，同时通过CAS来保证原子性。
Final： final修饰的变量能保证这个变量不会被重排序到构造函数之外，也就是说一定会把这个变量写入主存后，才会return出构造函数，而没有被final修饰的就没有这个保证了，所以当对象构造玩，没有final修饰的变量，可能还未被写入值。
例如上面这个代码，当wirte里的new FinalExample之后，j一定是2，而i就不能保证了，很可能还是0。
如果是读一样的，当调用reader方法的时候，另外一个线程正在执行构造函数。此时因为重排序，可能普通变量i被重排序到了reader函数之外，所以是一个不确定的值，而final则一定是正确的值。
上面的图显示，在读取引用对象obj之前，可能已经完成了普通域i的读取。而j就因为有final修饰而不会被重排序。
说完了多线程下的JMM，我们同时来回忆一下jvm层面的内存模型。
Java将内存分为以下区域，堆、方法区、栈。前两个是所有线程共享的，堆里面存放的所有的实例，方法区是类的信息，静态变量等。栈则是每一个线程独占的。
而堆是gc主要作用的地方，他又分为老年代和新生代。新生代又分为伊甸区和幸存区。伊甸区的数据经过几轮的gc进入到幸存区，最后进入到老年代。如图所示
说到gc就要看gc的几个算法。
第一种算法，标记清除法，缺点是会形成内存碎片
第二种算法，标记复制法，虽然没有了碎片，但是会使用两倍的内存空间，属于以空间换时间。
第三种算法，标记移动算法。也就是标记后，不是马上清楚，而是向一边移动，最后把边缘的不需要的清除掉。
第四种算法，分代收集法。例如，如果老年代用标记复制法，那就是灾难，因为老年代会遗留有很多未被清除的对象，使用这个标记复制法，得占用多少空间啊，比较适合新生代。而新生代如果使用标记清除法，也会是灾难，因为会导致很多内存碎片。那么就提出了，新生代用标记复制法，老年代使用标记清除法就是这种分代收集法。
那么在jdk里有哪些实现呢
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串行清理，效率最低下。
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parnew，实际上就是串行的多线程版本
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parallel等同于parnew，不过他更关注吞吐量，可以根据系统的负载，自我调节参数
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CMS收集器
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G1收集器
总结如下 ：
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