一、了解几个概念
1）临界区：
临界区指的是一个访问共用资源（例如：共用设备或是共用存储器）的程序片段，而这些共用资源又无法同时被多个线程访问的特性。当有线程进入临界区段时，其他线程或是进程必须等待，有一些同步的机制必须在临界区段的进入点与离开点实现，以确保这些共用资源是被互斥获得使用
2）互斥量：
互斥量是一个可以处于两态之一的变量：解锁和加锁。这样，只需要一个二进制位表示它，不过实际上，常常使用一个整型量，0表示解锁，而其他所有的值则表示加锁。互斥量使用两个过程。当一个线程（或进程）需要访问临界区时，它调用mutex_lock。如果该互斥量当前是解锁的（即临界区可用），此调用成功，调用线程可以自由进入该临界区。
另一方面，如果该互斥量已经加锁，调用线程被阻塞，直到在临界区中的线程完成并调用mutex_unlock。如果多个线程被阻塞在该互斥量上，将随机选择一个线程并允许它获得锁。
3）信号量：
信号量(Semaphore)，有时被称为信号灯，是在多线程环境下使用的一种设施，是可以用来保证两个或多个关键代码段不被并发调用。在进入一个关键代码段之前，线程必须获取一个信号量；一旦该关键代码段完成了，那么该线程必须释放信号量。其它想进入该关键代码段的线程必须等待直到第一个线程释放信号量。为了完成这个过程，需要创建一个信号量VI，然后将Acquire Semaphore VI以及Release Semaphore VI分别放置在每个关键代码段的首末端。确认这些信号量VI引用的是初始创建的信号量。
4）CAS操作（Compare-and-Swap）：
CAS有3个操作数，内存值V，旧的预期值A，要修改的新值B。当且仅当预期值A和内存值V相同时，将内存值V修改为B
5）重排序：
编译器和处理器”为了提高性能，而在程序执行时会对程序进行的重排序。它的出现是为了提高程序的并发度，从而提高性能！但是对于多线程程序，重排序可能会导致程序执行的结果不是我们需要的结果！重排序分为“编译器”和“处理器”两个方面，而“处理器”重排序又包括“指令级重排序”和“内存的重排序”
二、Java内存模型（JMM）
线程与内存交互操作如下
所有的变量（实例字段，静态字段，构成数组对象的 元素，不包括局部变量和方法参数）都存储在主内存中，每个线程有自己的工作内存，线程的工作内存保存被线程使用到变量的主内存副本拷贝。线程对变量的所有操作都必须在工作内存中进行，而不能直接读写主内存的变量。不同线程之间也不能直接访问对方工作内存中的变量，线程间变量值的传递通过主内存来完成。
1、Java内存模型定义了八种操作：
lock（锁定）：作用于主内存的变量，它把一个变量标识为一个线程独占的状态； unlock（解锁）：作用于主内存的变量，它把一个处于锁定状态的变量释放出来，释放后的变量才可以被其他线程锁定； read（读取）：作用于主内存的变量，它把一个变量的值从主内存传送到线程中的工作内存，以便随后的load动作使用； load（载入）：作用于工作内存的变量，它把read操作从主内存中得到的变量值放入工作内存的变量副本中； use（使用）：作用于工作内存的变量，它把工作内存中一个变量的值传递给执行引擎； assign（赋值）：作用于工作内存的变量，它把一个从执行引擎接收到的值赋值给工作内存中的变量； store（存储）：作用于工作内存的变量，它把工作内存中的一个变量的值传送到主内存中，以便随后的write操作； write（写入）：作用于主内存的变量，它把store操作从工作内存中得到的变量的值写入主内存的变量中。
2、volatile关键字作用：
1）、当写一个volatile变量时，JMM会把该线程对应的本地内存中的共享变量值立即刷新到主内存中。
2）、当读一个volatile变量时，JMM会把该线程对应的本地内存设置为无效，直接从主内存中读取共享变量。
3）、禁止指令重排序优化。
4）、volatile关键字不能保证在多线程环境下对共享数据的操作的正确性。可以使用在自己状态改变之后需要立即通知所有线程的情况下，也就是说volatile不能保证线程同步，Java语言提供了一种稍弱的同步机制，即volatile变量，用来确保将变量的更新操作通知到其他线程，这就是所谓的线程可见性，当把变量声明为volatile类型后，编译器与运行时都会注意到这个变量是共享的，因此不会将该变量上的操作与其他内存操作一起重排序。volatile变量不会被缓存在寄存器或者对其他处理器不可见的地方，因此在读取volatile类型的变量时总会返回最新写入的值，所以volatile具有可见性。对一个volatile变量的读，总是能看到（任意线程）对这个volatile变量最后的写入，然后synchronized也是具有可见性。
5）、volatile的原子性：对任意单个volatile变量的读/写具有原子性，但类似于volatile++这种复合操作不具有原子性，所以volatile能保证可见性，不能保证原子性。
理解volatile特性的一个好方法是：把对volatile变量的单个读/写，看成是使用同一个监视器锁对这些单个读/写操作做了同步
class VolatileFeaturesExample { volatile long vl = 0L; //使用volatile声明64位的long型变量 public void set(long l) { vl = l; //单个volatile变量的写 } public void getAndIncrement () { vl++; //复合（多个）volatile变量的读/写 } public long get() { return vl; //单个volatile变量的读 } }
假设有多个线程分别调用上面程序的三个方法，这个程序在语意上和下面程序等价：
class VolatileFeaturesExample { long vl = 0L; // 64位的long型普通变量 public synchronized void set(long l) { //对单个的普通 变量的写用同一个监视器同步 vl = l; } public void getAndIncrement () { //普通方法调用 long temp = get(); //调用已同步的读方法 temp += 1L; //普通写操作 set(temp); //调用已同步的写方法 } public synchronized long get() { //对单个的普通变量的读用同一个监视器同步 return vl; } }
3 volatile和synchronized区别
1）、volatile仅能使用在变量级别；synchronized则可以使用在变量、方法和类级别；
2）、volatile读数据直接从主存中读取；synchronized则是锁定当前变量，只有当前线程可以访问该变量，其他线程被阻塞住。
3）、volatile能保证可见性，不能保证原子性；而synchronized则可以保证可见性和原子性；
4）、volatile不会造成线程的阻塞；synchronized可能会造成线程的阻塞。
5）、volatile标记的变量不会被编译器优化进行指令重排列；synchronized标记的变量可以被编译器优化进行指令重排列。
