在多线程并发编程中synchronized和volatile都扮演着重要角色。与synchronized不同的是，volatile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”。

可见性：当一个线程修改一个共享变量时，另外一个线程能读到这个修改的值。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。

在我们了解实现原理之前先了解一下CPU的术语，便于后续理解。话不多说，直接上图：

volatile是如何来保证可见性的呢？

我们这里用汇编指令来具体解析有volatile和无volatile的区别。

Java代码：

instance = new Singleton(); // instance是volatile变量

转变成的汇编代码，如下：

0x01a3de1d: movb $0×0,0×1104800(%esi);

0x01a3de24: lock addl $0×0,(%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，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：

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。

• MESI（缓存⼀致性协议）：当CPU写数据时，如果发现操作的变量是共享变量，即在其他CPU中也存在该变量的副本，会发出信号通知其他CPU将该变量的缓存行置为无效状态，因此当其他CPU需要读取这个变量时，发现自己缓存中缓存该变量的缓存行是无效的，那么它就会从内存重新读取

• 嗅探：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。

我们先来看看synchronized的三种表现形式：

1. 对于普通同步方法，锁是当前实例对象。

public synchronized void xpp() {

}

2. 对于静态同步方法，锁是当期类的Class对象。

public void xpp() {

synchronized (demo1Main1.class) ;

}

3. 对于同步方法块，锁是synchronized括号里配置的对象。

public void xpp3() {

synchronized (new test()) {

}

}

synchronized用的锁是存在Java对象头里的。

Java对象头里的Mark Word里默认存储对象的HashCode、分代年龄和锁标记位。如图（这里是32位的虚拟机）：

在运行期间，Mark Word里存储的数据会随着锁标志位的变化而变化。Mark Word可能变化为存储以下4种数据：

锁一共有四种状态，级别从低到高为：无锁状态，偏向锁状态，轻量级锁状态和重量级锁状态。

需要注意的是，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。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。

1. 偏向锁

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。

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。

2. 轻量级锁

当锁是偏向锁的时候，被其他线程访问，偏向锁就会升级为轻量级锁，其他线程会通过自旋的形式尝试获取锁，但不会阻塞，且性能会高点!

3. 重量级锁

当锁为轻量级锁的时候，其他线程虽然是自旋，但自旋不会一直循环下去，当自旋一定次数的时候且还没有获取到锁，就会进入阻塞，该锁升级为重量级锁，重量级锁会让其他申请的线程进入阻塞，性能也会降低!

三种锁的优缺点对比：

原子操作：不可被中断的一个或一系列操作。