并发编程要点

Java并发编程中的三大特性分别是原子性、可见性和有序性，它们分别靠以下机制实现：

1. 原子性：原子性指的是对于一个操作，要么全部执行，要么全部不执行。Java提供了一些原子性操作，例如AtomicInteger等，它们使用了底层的CAS（Compare and Swap）操作来保证操作的原子性。CAS操作是一种乐观锁技术，当期望值和实际值相同时，才会进行更新操作，否则会进行重试。

2. 可见性：可见性指的是当一个线程对共享变量进行修改后，其他线程能够立即看到这个值的改变。Java中，可以使用volatile关键字来保证变量的可见性。volatile关键字可以保证该变量对于所有线程的可见性，即当一个线程修改了该变量的值后，其他线程能够立即看到这个值的改变。同时，在JMM规范中，对于volatile变量的读取操作和写入操作会在读操作之前插入Load with Barrier屏障，保证该操作之前的所有写操作都已经完成，同时在写操作之后插入Store with Barrier屏障，保证该操作之后的所有读操作都能看到修改后的值。这样可以保证对于volatile变量的访问操作具有原子性、有序性和可见性。

3. 有序性：有序性指的是对于一个线程内的操作，它们的执行顺序是按照代码顺序执行的。在Java中，可以使用synchronized关键字和Lock对象等同步机制来保证线程内的有序性。这些同步机制会保证同步代码块内的代码按照代码顺序执行，从而保证了有序性。

总的来说，Java并发编程中的三大特性分别是原子性、可见性和有序性。原子性可以通过原子性操作和CAS操作来保证；可见性可以通过volatile关键字来保证；有序性可以通过同步机制（synchronized关键字和Lock对象）来保证。

Volitile关键字

在Java中，使用volatile关键字声明的变量具有特殊的属性。volatile关键字可以保证该变量对于所有线程的可见性，即当一个线程修改了该变量的值后，其他线程能够立即看到这个值的改变。volatile关键字可以解决多线程访问共享变量时出现的线程安全问题。

在JMM规范中，对于volatile变量的读取操作和写入操作，会在读操作之前插入Load with Barrier屏障，保证该操作之前的所有写操作都已经完成，同时在写操作之后插入Store with Barrier屏障，保证该操作之后的所有读操作都能看到修改后的值。这样可以保证对于volatile变量的访问操作具有原子性、有序性和可见性。

使用volatile关键字修饰的变量在修改值时不会被本地线程缓存，而是直接操作主内存中的变量，因此能够保证变量的可见性。同时，由于volatile关键字可以保证变量的可见性，因此也可以保证使用该变量的操作是原子性的。

需要注意的是，volatile关键字只能保证对单个变量操作的原子性和可见性，并不能保证一系列操作的原子性，例如i++操作。如果需要保证多个操作的原子性，可以使用synchronized关键字或者Lock对象等同步机制。

总之，volatile关键字是Java中用于解决多线程访问共享变量时出现的线程安全问题的一种手段，可以保证变量的可见性和操作的原子性。

volatile关键字可以保证变量对于所有线程的可见性，并且禁止指令重排序。为了实现这些特性，JMM在编译器和处理器的操作之间插入了特定类型的内存屏障，分别是：

1. Load with Barrier屏障（LoadLoad屏障）：这个屏障用于保证volatile读操作之前的所有读操作和写操作都已经完成。

2. Store with Barrier屏障（StoreStore屏障）：这个屏障用于保证volatile写操作之后的所有写操作都已经完成。

3. Store with Load屏障（StoreLoad屏障）：这个屏障用于保证volatile写操作之后，对于volatile变量的读操作能够读取到修改后的最新值。

这些内存屏障都是通过编译器和处理器来实现的，编译器会在生成字节码时插入相关的指令，处理器在执行指令时会根据相关的屏障来保证指令的执行顺序和可见性。通过这些屏障，JMM保证了volatile变量的可见性、有序性和原子性。

Synchronize关键字

synchronized是Java中一种用于实现线程同步的关键字，其底层实现主要涉及到对象头、Monitor（监视器）和锁升级三个方面。

1. 对象头：在Java对象头中，有一块用于存储锁信息的部分，包括锁标记、偏向线程ID、偏向时间戳等信息。synchronized关键字就是利用了Java对象头中的锁标记来实现线程同步的。

2. Monitor：Monitor是一种同步机制，用于实现线程的互斥和协作。在Java虚拟机中，每个对象都会与一个Monitor相关联。当一个线程进入synchronized代码块时，会尝试获取该对象的Monitor，如果该Monitor已经被其他线程占用，那么该线程就会被阻塞。

3. 锁升级：Java中的锁有多种状态，包括无锁状态、偏向锁状态、轻量级锁状态和重量级锁状态。synchronized关键字使用的是重量级锁，但是在竞争不激烈的情况下，可以使用偏向锁或轻量级锁来优化性能。偏向锁是指在没有竞争的情况下，将锁标记设置为偏向线程的ID，使得该线程可以不需要每次都去竞争锁，提高了程序的运行效率。轻量级锁是指在竞争不激烈的情况下，使用CAS操作来实现锁的获取和释放，避免了线程的上下文切换，也提高了程序的运行效率。但是如果竞争激烈，轻量级锁就会升级为重量级锁，这样就会带来较大的性能损失。

总的来说，synchronized关键字的底层实现主要涉及到对象头、Monitor和锁升级三个方面。在Java虚拟机中，每个对象都会与一个Monitor相关联，当一个线程进入synchronized代码块时，会尝试获取该对象的Monitor。synchronized关键字使用的是重量级锁，但是在竞争不激烈的情况下，可以使用偏向锁或轻量级锁来优化性能。