物理計算機中的併發問題和jvm中的情況有很多相似之處，jvm的併發解決方案也很大的參考了物理機的實現。在計算機中，絕大多數的運算任務都不可能只靠處理器"計算"就能完成，處理器(cpu)至少要與記憶體(memory)互動，如讀取運算資料、儲存運算結果等，這些i/o操作是很難消除的。也就是說，cpu要完成計算，就必須要和儲存裝置(memory)打交道，然而記憶體與處理器的運算速度有幾個數量級的差距。由於記憶體讀寫速度太慢，不能及時提供資料給cpu進行計算，會大大降低cpu的處理效率。為了解決cpu和記憶體(memory)之間的速度匹配問題，現代計算機系統不得不加入一層讀寫速度盡可能接近cpu運算速度的快取記憶體(cache)來作為記憶體與cpu之間的緩衝：將運算需要使用到的資料複製到快取(cache)中，讓運算能快速進行，當運算結束後再從快取(cache)同步回記憶體(memory)之中，這樣cpu就無須等待緩慢的記憶體讀寫了。基於快取記憶體的儲存互動很好的解決了cpu與記憶體的速度矛盾，但也為計算機系統帶來更高的複雜度，因為它引入了乙個新的問題：快取一致性(cache coherence)。在多處理器系統中，每個cpu都有自己的快取記憶體，而它們又共享同乙個主存(main memory)。當多個cpu的運算任務都涉及同一塊主記憶體區域時，將可能導致各自的快取資料不一致，如果真的發生這種情況，同步回到主存時以哪個cpu的快取資料為準呢？為了解決一致性的問題，需要各個處理器訪問快取時都遵循一些協議，在讀寫時要根據協議來進行操作，這些協議有'msi、mesi、mosi、synapse、firefly'等。
除了增加快取記憶體外，為了使得cpu內部的運算單元能盡量被充分利用，cpu可能會對輸入**進行亂序執行(out-of-order-execution)優化，cpu會在計算之後將亂序執行的結果重組，保證該結果與順序執行的結果是一致的，但並不保證程式中各個語句計算的先後順序與輸入**中的順序一致，因此，如果存在乙個計算任務依賴另外乙個計算任務的中間結果，那麼其順序性並不能靠**的先後順序來保證。
互動關係圖
cpu要讀取乙個資料時，首先從快取中查詢，如果找到就立即讀取並送給cpu處理；如果沒有找到，就從記憶體中讀取並送給cpu處理，同時把這個資料所在的資料塊放入快取中，可以使得以後對整塊資料的讀取都從快取中進行，不必再呼叫記憶體。這樣的讀取機制使cpu讀取快取的命中率非常高，大多數cpu可達到90%左右。也就是說cpu下一次要讀取的資料90%都在快取中，只有大約10%需要從記憶體讀取。這大大節省了cpu直接讀取記憶體的時間，也使cpu讀取資料時基本無需等待。總的來說，cpu讀取資料的順序是先快取後記憶體。cpu在快取中找到有用的資料被稱為命中，當快取中沒有cpu所需的資料時(未命中)，這時cpu才訪問記憶體。從理論上講，在一顆擁有二級快取的cpu中，讀取一級快取的命中率為80%。也就是說cpu一級快取中找到的有用資料佔資料總量的80%，剩下的20%從二級快取中讀取。有的cpu甚至會有**快取，這樣做的目的是提高命中率，儘量減少直接從記憶體中讀取資料。
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