java代码在编译后会变成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，java中所使用的并发机制依赖于JVM的实现和CPU的指令。
volatile的应用
1.volatile的定义与实现原理
定义：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一致地更新，线程应该确保通过排它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。如果一个字段被申明为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。它是轻量级的synchronized，它在多处理器开发中保证了共享变量的可见性。
volatile是如何保证可见性的呢？在X86处理器下通过工具获取JIT编译器生成的汇编指令来查看对volatile进行写操作时，CPU会做什么事情。
java代码如下：
instance=new Singleton();//instance是volatile变量转变成汇编代码，如下：
0x01a3de1d: movb $0x0,0x1104800(%esi);
0x01a3de24: lock addl $0x0,(%esp);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，Lock前缀的指令在多核处理器下会引发两件事情。
1）将当前处理器缓存行的数据写回到系统内存
2）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。
为了提高处理速度，处理器不直接与内存进行通信，而是先将系统内存的数据读到内部缓存后再进行操作，JVM就会向处理器发送一条Lock前缀指令，将这个变量所在缓存行的数据写回到系统内存。但是，就算写回到内存，如果其他处理器缓存的值还是旧的，再执行计算操作就会有问题。所以，在多处理器下，为了保证各个处理器的缓存是一致的，就会实现缓存一致性协议，每个处理器通过嗅探在总线上传播的数据来检查自己缓存的值是不是过期了，当处理器发现自己缓存行对应的内存地址被修改，就会将当前处理器的缓存行设置成无效状态，当处理器对这个数据进行修改操作的时候，会重新从系统内存中把数据读到处理器缓存里。
即以下两条实现原则：
1）Lock前缀指令会引起处理器缓存回写到内存。
2）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。
2.volatile的使用优化
来看下面的代码：
/**队列中的头部节点**/
private transient final PaddedAtomicReference<QNode> head;
/**队列中的尾部节点**/
private transient final PaddedAtomicReference<QNode> tail;
static final class PaddedAtomicRerence<T> extends AtomicReference<T>{
//使用很多4个字节的引用追加到64字节
Object p0,p1,p2,p3,p4,p5,p6,p7,p8,p9,pa,pb,pc,pd,pe;
PaddedAtomicReference(T r){
super(r);
}
}
public class AtomicReference<V> implements java.io.Serializable{
private volatile V value;
//省略其他代码
}这是JDK7的并发包里新增一个队列集合类LinkedTransferQueue,它在使用volatile变量时，用一种追加字节的方式来优化队列出队和入队的性能。这种方式看起来很神奇，但如果深入理解处理器架构就能理解其中的奥秘。LinkedTransferQueue类使用一个内部类类型来定义队列的头节点和尾节点，而这个内部类PaddedAtomicReference相对于父类AtomicReference只做了一件事情，就是将共享变量追加到64字节。一个对象的引用占4个字节，它追加了15个变量（共占60字节），再加上父类的value变量，一共64个字节。
那为什么追加64字节能狗提高并发性能呢？因为对于一般的处理器的L1、L2或L3缓存的高速缓存行是64个字节宽度，不支持部分填充缓存行，这意味着如果队列的头节点和尾节点都不足64字节的话，处理器会将它们都读到同一个高速缓存行中，在多处理器下每个处理器都会缓存同样的头、尾节点，当一个处理器试图修改头节点时，会将整个缓存行锁定，那么在缓存一致性的机制的作用下，会导致其他处理器不能访问自己高速缓存中的尾节点，而队列的入队和出队操作则需要不停修改头节点和尾节点，所以在多处理器的情况下将会严重影响到队列的入队和出队效率。使用64字节的方式来填满高速缓存区的缓存行，避免头节点和尾节点加载到同一个缓存行，使头、尾节点在修改时不会相互锁。
但有两种情景不应该使用这种方
缓存行非64字节宽的处理器
共享变量不会被频繁的写。因为使用追加字节的方式需要处理器读取更多的字节到高速缓存区，这本身就会带来一定的性能消耗，如果共享变量不被频繁地写的话，锁的几率也非常小，就没必要通过追加字节的方式来避免相互锁定。
synchronized的实现原理与应用
在java中的每一个对象都可以作为锁。具体可以表现为3种形
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，它首先必须得到锁，退出或抛出异常时必须释放锁。那么锁到底存放在哪里呢？锁里面会存储什么信息呢？
从JVM规范中可以看到Synchronized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。代码块同步是使用monitorenter和monitorexit指令实现的，而方法同步是使用另外一种方式实现的，细节在JVM规范里并没有详细说明。但是，方法的同步同样可以使用这两个指令来实现。
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，当且一个monitor被持有后，他将处于锁定状态。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，即尝试获取对象的锁。
原子操作的实现原理
原子操作意为“不可被中断的一个或一系列操作”。在多处理器上实现原子操作就变得有点复杂。那处理器如何实现原子操作：
1.使用总线锁保证原子性。
2.使用缓存锁保证原子性。
那java如何实现原子操作：
JVM中的CAS操作（比较并交换）正是利用了处理器提供的CMPXCHG指令实现的。自旋CAS实现的基本思路就是循环进行CAS操作直到成功为止，以下代码实现了一个基于CAS线程安全的计数器方法safeCount和一个非线程安全的计数器count。
public class Counter{
private AtomicInteger atomicI=new AtomicInteger(0);
private int i=0;
public static void main(String args[]){
final Counter cas=new Counter();
List<Thread> ts=new ArrayList<thread>(600);
long start =System.currentTimeMillis();
for(int j=0;j<100;j++){
Thread t=new Thread(new Runnable(){
@Override
public void run(){
for(int i=0;i<10000;i++){
cas.count();
cas.safeCount();
}
}
});
ts.add(t);
}
for(Thread t:ts){
t.start();
}
//等待所有线程执行完成
for(Thread t:ts){
try{
t.join();
}catch(InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}
}
System.out.println(cas.i);
System.out.println(cas.atomicI.get());
System.out.println(System.currentTimeMillis()-start);
}
//使用CAS实现线程安全计数器
private void safeCount(){
for(;;){
int i=atomic.get();
boolean suc=atomicI.compareAndSet(i,++i);
if(suc){
break;
}
}
}
//非线性安全计数器
private void count(){
i++;
}
}从java1.5开始，JDK的并发包里提供了一些类来支持原子操作，如AtomicBoolean(用原子方式更新的boolean值)、AtomicInteger和AtomicLong。
当然java也可以使用锁机制实现原子操作：
锁机制保证了只有获得锁的线程才能够操作锁定的内存区域。JVM内部实现了很多种锁机制，有偏向锁、轻量级锁和互斥锁。有意思的是除了偏向锁，JVM实现锁的方式都用到了循环CAS，即当一个线程想进入同步块的时候使用循环CAS的方式来获取锁，当它退出同步块的时候使用循环CAS释放锁。