Java源码会在编译后会变成Java字节码，字节码被类加载器加载到JVM里，JVM执行字节码，最终需要转化为汇编指令在CPU上执行。所以，Java中所使用的并发机制依赖于：
- 字节码编译器、
- JVM的实现
- CPU的指令
目录
- volatile关键字
- synchronized
- 原子操作的实现原理
volatile关键字
volatile在英文中的意思是“易变的”、“不稳定的”。作为一个关键字，通常用来修饰Java中的变量。
Java语言规范第3版中对volatile的定义如下：
Java编程语言允许线程访问共享变量，为了确保共享变量能被准确和一致地更新，线程应该确保通过排他锁单独获得这个变量。Java语言提供了volatile，在某些情况下比锁要更加方便。如果一个字段被声明成volatile，Java线程内存模型确保所有线程看到这个变量的值是一致的。
volatile是轻量级的synchronized，它在多核处理器开发中保证了共享变量的“可见性”。（synchronized既可以保证“可见性”，又可以保证“同步性”？？？）
可见性是指：当一个线程修改了共享变量时，另外一个线程能及时读到这个修改的值。
如果volatile变量修饰符使用恰当的话，它比synchronized的使用和执行成本更低，因为它不会引起线程上下文的切换和调度（怎么理解？？？）。
volatile的定义和实现原理
有volatile变量修饰的共享变量进行写操作的时候会多出第二行汇编代码，通过查IA-32架构软件开发者手册可知，Lock前缀的指令在多核处理器下会引发了两件事情：
- 将当前处理器缓存行的数据写回到系统内存。
- 这个写回内存的操作会使在其他CPU里缓存了该内存地址的数据无效。
具体理解volatile的两条实现细节：
- CPU不直接与系统内存进行通信，而是先将内存中的数据读到内部缓存（L1/L2等）后在进行操作，如果对声明了volatile的变量进行写操作，JVM就会向CPU发送一条Lock前缀的指令，该指令会引起CPU将缓存中的数据写会内存。Lock前缀指令导致在执行指令期间，声言处理器的LOCK#信号。在多处理器环境中，LOCK#信号确保在声言该信号期间，处理器可以独占任何共享内存（因为它会锁住总线，导致其他CPU不能访问总线，不能访问总线就意味着不能访问系统内存）
- 一个处理器的缓存回写到内存会导致其他处理器的缓存无效。IA-32处理器和Intel 64处理器使用MESI（修改、独占、共享、无效）控制协议去维护内部缓存和其他处理器缓存的一致性。在多核处理器系统中进行操作的时候，IA-32和Intel 64处理器能嗅探其他处理器访问系统内存和它们的内部缓存。处理器使用嗅探技术保证它的内部缓存、系统内存和其他处理器的缓存的数据在总线上保持一致。
所以，总结来说，volatile关键字实现共享对象在多线程访问下的“可见性”不是通过加锁同步的方式，而是通过在编译时对写操作之前增添lock指令，使得CPU独占共享内存，缓存失效，并利用CPU之间的嗅探技术保证数据在总线上的一致性。
synchronized
利用synchronized实现同步的基础：Java中的每一个对象都可以作为锁。具体表现为以下3中形式：
- 对于普通方法，锁是当前实例对象；
- 对于静态同步方法，锁是当前类的Class对象；
- 对于同步方法块，锁是Synchronized括号里配置的对象；
当一个线程试图访问同步代码块时，它必须先获取锁，退出同步块或抛出异常时必须释放锁。
>>> 那么，锁到底是怎么体现的，如何实现，存在哪里，存储的是什么信息呢？
从JVM规范中可以看到Synchonized在JVM里的实现原理，JVM基于进入和退出Monitor对象来实现方法同步和代码块同步，但两者的实现细节不一样。
例如，代码块同步是使用monitorenter和monitorexit指令实现的。monitorenter指令是在编译后插入到同步代码块的开始位置，而monitorexit是插入到方法结束处和异常处，JVM要保证每个monitorenter必须有对应的monitorexit与之配对。
任何对象都有一个monitor与之关联（怎么理解？？），当且一个monitor被持有后，它将处于锁定状态。线程执行到monitorenter指令时，将会尝试获取对象所对应的monitor的所有权，即尝试获得对象的锁。
synchronized用的锁是存在Java对象头里的。
锁的四种状态
在Java SE 1.6中，锁一共有4种状态，级别从低到高依次是：无锁状态 -> 偏向锁状态 -> 轻量级锁状态 -> 重量级锁状态，这几个状态会随着竞争情况逐渐升级。
锁可以升级但不能降级，意味着偏向锁升级成轻量级锁后不能降级成偏向锁。这种锁升级却不能降级的策略，目的是为了提高获得锁和释放锁的效率。
偏向锁
HotSpot[1]的作者经过研究发现，大多数情况下，锁不仅不存在多线程竞争，而且总是由同一线程多次获得，为了让线程获得锁的代价更低而引入了偏向锁。（同一个线程访问锁，加锁和解锁不需要额外的消耗，和执行非同步的方法相比仅存在纳秒级的差距）
当一个线程访问同步块并获取锁时，会在对象头和栈帧中的锁记录里存储锁偏向的线程ID，以后该线程在进入和退出同步块时不需要进行CAS（Compare And Swap 即比较交换）操作来加锁和解锁，只需简单地测试一下对象头的Mark Word里是否存储着指向当前线程的偏向锁。如果测试成功，表示线程已经获得了锁。如果测试失败，则需要再测试一下Mark Word中偏向锁的标识是否设置成1（表示当前是偏向锁）：如果没有设置，则使用CAS竞争锁；如果设置了，则尝试使用CAS将对象头的偏向锁指向当前线程。
偏向锁的撤销
偏向锁使用了一种等到竞争出现才释放锁的机制，所以当其他线程尝试竞争偏向锁时，持有偏向锁的线程才会释放锁。偏向锁的撤销，需要等待全局安全点（在这个时间点上没有正在执行的字节码）。它会首先暂停拥有偏向锁的线程，然后检查持有偏向锁的线程是否活着，如果线程不处于活动状态，则将对象头设置成无锁状态；如果线程仍然活着，拥有偏向锁的栈会被执行，遍历偏向对象的锁记录，栈中的锁记录和对象头的Mark Word要么重新偏向于其他线程，要么恢复到无锁或者标记对象不适合作为偏向锁，最后唤醒暂停的线程。
关闭偏向锁
偏向锁在Java 6和Java 7里是默认启用的，但是它在应用程序启动几秒钟之后才激活，如有必要可以使用JVM参数来关闭延迟：-XX:BiasedLockingStartupDelay=0。如果你确定应用程序里所有的锁通常情况下处于竞争状态，可以通过JVM参数关闭偏向锁：-XX:-UseBiasedLocking=false，那么程序默认会进入轻量级锁状态。
轻量级锁加锁
线程在执行同步块之前，JVM会先在当前线程的栈桢中创建用于存储锁记录的空间，并将对象头中的Mark Word复制到锁记录中，官方称为Displaced Mark Word。然后线程尝试使用CAS将对象头中的Mark Word替换为指向锁记录的指针。如果成功，当前线程获得锁，如果失败，表示其他线程竞争锁，当前线程便尝试使用自旋来获取锁。
自旋：如果某线程需要获取锁，但该锁已经被其他线程占用时，该线程不会被挂起，而是在不断的消耗CPU的时间，不停的试图获取锁。
轻量级锁解锁
轻量级解锁时，会使用原子的CAS操作将Displaced Mark Word替换回到对象头，如果成功，则表示没有竞争发生。如果失败，表示当前锁存在竞争，锁就会膨胀成重量级锁。
因为自旋会消耗CPU，为了避免无用的自旋（比如获得锁的线程被阻塞住了），一旦锁升级成重量级锁，就不会再恢复到轻量级锁状态。当锁处于这个状态下，其他线程试图获取锁时，都会被阻塞住，当持有锁的线程释放锁之后会唤醒这些线程，被唤醒的线程就会进行新一轮的夺锁之争。
三种锁的优缺点对比
| 锁 | 优点 | 缺点 | 适用场景 |
| 偏向锁 | 加锁和解锁不需要额外的消耗，和执行非同步的方法相比仅存在纳秒级的差距 | 如果线程间存在竞争，会带来额外的锁撤销消耗 | 适用于只有一个线程访问同步块的场景 |
| 轻量级锁 | 竞争的线程不会阻塞，提高了程序的响应速度 | 如果始终得不到锁竞争的线程，使用自旋会消耗CPU | 追求响应时间，同步块执行速度非常快 |
| 重量级锁 | 线程竞争不使用自旋，不会消耗CPU | 线程阻塞，响应时间缓慢 | 追求吞吐量，同步块执行速度较长 |
原子操作的实现原理
原子操作（atomic operation）意为“不可被中断的一个或一系列操作”。（注意：也可能指的是一系列操作！！！）