上文：java多線程解說【壹】_什麼是線程
上篇文章說到，在多線程下如果我們要保證原子性、有序性和可見性，那麼我們就要采取一些措施來實作。首先就有一個問題，為什麼在多線程下和單線程下的情況不同呢，因為這涉及到線程間通信。線程間通信的方式無非兩種，一種是共享記憶體，一種是消息傳遞。可能都知道java是通過第一種方式實作的線程通信，那麼具體是如何實作的呢，這就要從java記憶體模型說起。
java記憶體模型
這裡要先簡單說一下java虛拟機的知識。在java虛拟機中，主要有三塊區域用于存放變量：堆(heap)用于存放引用類型的對象；棧(Stack)用于存放基本類型的對象及局部變量；永久區(Perm Gen)用于存放靜态變量和final修飾的常量。其中，棧是線程私有的，而堆是公有的。每個線程都可以有自己的私有變量，儲存在自己的線程棧中，如果變量是引用類型，則棧上儲存的是引用位址，指向這個引用變量儲存在堆上的真實位址。
那麼當線程間需要通信的時候，則分兩種情況：如果需要傳遞的對象是基本類型的，由于基本類型的對象儲存在私有的線程棧上，隻能線程自己通路，是以傳遞的是該變量的拷貝副本；而當傳遞的對象是引用類型的時候，該對象儲存在公有的堆上，是以隻需傳遞該變量的引用位址即可。這裡需要注意的一點是，如果一個引用類型變量的成員變量是基本類型，那麼它依然會随該引用類型變量儲存在堆上存儲。
但是多個線程都拿到了對象的拷貝或引用并不就萬事大吉了，因為有可能它拿到的并不是這個對象的最新狀态，這就要從計算機底層的設計說起。
計算機硬體架構
如上圖所示，現代的計算機都是多核CPU，每個CPU中會維護一個CPU寄存器以提高計算速度。衆所衆知，CPU通路記憶體(主存)的速度是很慢的，是以CPU自身先內建了一級緩存和二級緩存以加快資源通路速度；而CPU内部寄存器的速度會比通路緩存更快一級，是以CPU會把正在或準備進行運算的資料儲存在CPU内部寄存器。
整體流程就是，當CPU需要通路主存時，會先讀取一部分主存資料到CPU緩存，進而在讀取CPU緩存到寄存器。當CPU需要寫資料到主存時，同樣會先flush寄存器到CPU緩存，然後再在某些節點把緩存資料flush到主存。
看了上面的圖示我們也了解到，計算機各級存儲并沒有堆和棧的概念，也就是說不論是什麼類型的對象，都是一樣存儲在各級存儲器中的。而且根據該對象的使用狀态，可能會儲存在各級存儲器中，如下圖所示：
這就引發了多線程并發時可能出現的原子性、有序性和可見性問題。
線程安全
先說說原子性，其實就是指線程的任務是一個原子操作。那麼什麼是原子操作呢，原子操作就是不可分割的操作，其結果隻有兩種狀态：要麼全部成功，要麼全部失敗。在java語言中，除了long和double外，其他的基本類型的操作都是原子操作。引用類型的指派和引用操作也是原子的。但是需要注意的是，原子操作+原子操作!=原子操作。不用過多解釋，從原子操作的定義也可以輕松得知。
long和double類型的讀寫操作不是原子操作的原因是，目前的JVM（java虛拟機）都是将32位作為原子操作，并非64位。當線程把主存中的 long和double類型的值讀到線程記憶體中時，可能是兩次32位值的寫操作，這樣就不符合原子操作的定義。
再說說有序性，有序性就是在多線程情況下，執行指令的過程中沒有發生指令重排。指令重排說白了就是，源代碼順序和程式執行順序不一緻。如果在單線程下沒有問題，因為編譯器不會改變單線程程式語義；而在多線程下則有可能
出現如下三種情況：
1. 編譯器優化重排序，比如編譯器的優化；
2. 指令級并行的重排序，比如CPU指令執行的重排序；
3. 記憶體系統的重排序，比如緩存和讀寫緩沖區導緻的重排序；
可見性就是一個線程修改的狀态對另一個線程是可見的。如上文所說，由于現代CPU都有多級緩存，CPU的操作都是基于高速緩存的，而線程通信是基于記憶體的，這裡就可能有個時間差。比如線程A和線程B都同時操作一個對象，線程A對對象加載到工作記憶體修改後還沒來得及刷回主記憶體，線程B就去主存讀取了對象，此時線程B擷取的對象狀态并不是最新的，這就是可見性問題。
volatile和synchronized
先簡單粗暴一點。volatile可以解決有序性和可見性，synchronized可以解決原子性、有序性和可見性。
先說說volatile。很多書介紹說它是輕量級鎖，我感覺是不對的，因為它并沒有排他性。首先看看volatile的作用，它是可以保證線程去通路對象時，每次都會從主存中擷取而不是本地的副本。究其原理，它是借助于記憶體屏障(Memory Barrier)來實作的。記憶體屏障是一個CPU指令，它主要有兩個作用：
1.管什麼指令都不能和這條Memory Barrier指令重排序；
2.強制刷出CPU緩存，保證CPU緩存和主存的資料實時一緻；
在java語言中，如果一個變量是volatile修飾的，Java Memory Model(JMM)會在寫入這個字段之後插進一個Write-Barrier指令，并在讀這個字段之前插入一個Read-Barrier指令。這意味着操作一個volatile變量，就可以實作：
1. 寫變量後加寫屏障，保證CPU寫緩沖區的值強制重新整理回主記憶體；
2. 讀變量之前加讀屏障，使緩存失效，進而強制從主記憶體讀取變量最新值；
根據java記憶體模型的happen-before原則，對volatile字段的寫入操作先于讀操作，即使兩個線程同時修改和擷取volatile字段，get操作也能拿到最新的值。
再說說synchronized，也就是我們常說的代碼塊。synchronized可以保證同一個時刻隻能有一個線程進入臨界區(synchronized後面的大括号内)，synchronized還能保證代碼塊中所有變量都将會從主存中讀，當線程退出代碼塊時，對所有變量的更新将會flush到主存，不管這些變量是不是volatile類型的。
其實synchronized就是java實作的一個隐式鎖，每個對象在底層都維護了一個螢幕鎖(monitor)。當monitor被占用時(進入數=1)就會處于鎖定狀态，進入monitor的線程即為該對象的持有者；此時如果有其他線程想進入monitor将阻塞，直到之前的線程退出monitor(進入數=0)時才能進入而成為該對象的持有者。
總結一下volatile和synchronized的差別，有如下幾點：
1.volatile不能保證原子性；而synchronized可以；
2. volatile僅能使用在變量級别，synchronized則可以使用在變量、方法、和類級别的；
3. volatile不會造成線程的阻塞，synchronized可能會造成線程的阻塞(其實就是上下文切換)；
4. volatile的寫成本較synchronized臨界區低，但讀成本較高；
5. volatile标記的變量不會被編譯器優化(重排序)；synchronized标記的變量可以被編譯器優化(重排序)；
下篇文章：《java多線程解說【叁】_Thread的常用API實作》