JAVA代码在编译后会变成字节码，字节码被类加载器加载到JVM中，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。
->参考《JAVA并发编程的艺术》
1.volatile的应用
volatile是轻量级的synchronized，它只是用来保证共享变量的可见性，不能保证操纵的原子性。
【引申】–>volatile如何实现内存可见性？
- 深入的说，通过加入内存屏障和禁止重排序优化实现的。
- 对volatile变量执行写操作时，会在写操作后加入一条store屏障指令。
- 对volatile变量执行读操作时，会在读操作前加入一条load屏障指令。
1.1—volatile保证共享变量可见性
有volatile修饰的变量进行写操作的时候会多出一行汇编代码，该行代码会有一个lock指令。
volatile的两条实现原则：
①： Lock前缀指令会引起处理器缓存会写到内存（使处理器独占任何共享内存）。
②：一个处理器的缓存回写会导致其他处理器的缓存无效。
2.synchronized的实现原理和应用
⑴ synchronized实现同步的基础：
①:对于普通方法，锁是当前实例对象。
②：对于静态同步方法，锁是class对象。
③：同步方法块，锁是synchronized后面括号里的对象。
⑵ JVM规范中的实现原理
JVM基于进入和退出Monitor对象实现方法同步和代码块的同步。
⑶Mark Word标记位
synchronized用到的锁是放在JAVA对象头里面的，其中有个Mark Word来存储对象的hashcode、分代年龄和锁标记位，其中锁标记位会产生变化，对应的不同的标记，我们的锁有3种：轻量级锁、重量级锁、偏向锁。
⑷锁的升级与对比
从SE 1.6开始，锁一共有四种状态：无锁状态、偏向锁状态、轻量级锁状态、重量级锁状态。
①：偏向锁
引入原因：大多数情况下，锁仅有某一线程多次获得，为了使获得锁的代价更低而引入偏向锁。
偏向锁的设置：当某一线程访问同步块时，会在对象头和栈帧中的琐记录里存储锁偏向的线程ID，以后该线程在进入该同步块的时候，不需要再次使用CAS原子操作进行加锁和解锁，只需要简单的测试一下对象头中的Mark Word是否存在指向当前线程的偏向锁。如果测试成功，则表示获得锁，否则检测是否设置有偏向锁，如果没有，则使用CAS竞争锁，否则偏向锁指向该线程。
偏向锁的关闭：在6和7中是默认采用的，可以通过JVM参数关闭：UseBiaseLocking=false，此时程序进入轻量级锁的状态。
②：轻量级锁
加锁：线程执行同步块之前，会在线程私有的栈帧中开辟用于存储锁记录的空间，称为Displaced Mark Word。然后线程尝试将对象Mark Word的替换为指向Displaced Mark Word记录的指针，如果成功，那么当前线程获得锁，如果失败，那么使用自旋获得锁。
何为自旋？
轻量级锁解锁： 使用原子的CAS操作将Displaced Mark Word 替换回对象头，如果成功，表示没有竞争发生，否则，说明当前锁存在竞争（从上图可以看出，竞争锁的线程一直在尝试修改Mark Word，这肯定存在竞争），锁就会膨胀成重量级的锁。
因为自旋会消耗CPU，为了避免太多无用的自旋，一旦锁膨胀成重量级的锁，便不会再恢复到轻量级的锁的状态。当锁处于这个状态下，其他线程试图获取锁时就被阻塞住。当锁释放时再唤醒这些线程。此时醒来的线程就会进行一轮新的竞争。
三种锁的比较：
| 锁 | 优点 | 缺点 | 使用场景 |
|---|---|---|---|
| 偏向锁 | 加锁和解锁不需要额外的消耗，和执行非同步方法之间存在纳秒级的差距 | 线程间存在锁的竞争，会带来额外的锁撤销的消耗 | 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，提高程序的响应速度 | 自旋消耗CPU | 追求响应时间，同步块执行速度快 |
| 重量级锁 | 线程竞争不使用自旋，不消耗CPU | 线程阻塞，响应时间慢 | 追求吞吐量，同步块执行速度较长 |
3.原子操作的实现原理
⑴处理器实现原子操作的机制：
第一机制：总线锁（声言Lock信号）
第二机制共享缓存锁（修改内存地址，缓存一致性机制：阻止同时修改由2个以上的处理器缓存的内存区域数据）。
⑵JAVA实现原子操作的机制
第一个是循环CAS：JVM中的CAS操纵是利用了处理器提供的CMPXCHG指令实现的。自旋CAS的基本思路是循环进行CAS操作，直到CAS操作成功了为止。
⑶使用锁机制实现原子操作
锁机制保证只有获得锁的线程才能够操作锁定的内存区域。注意：除了偏向锁，JVM实现锁的方式都用了循环CAS操作（使用循环CAS获取锁，使用循环CAS释放锁）。
