1. 前言
只会使用，不明白原理，就不能灵活运用，深刻理解这几个关键字，对于并发编程来说很有帮助。
2. volatile
2.1 volatile 的作用
volatile 的作用有一下两点：
- 修改立即可见
- 禁止指令重排序
可见性是指当一个线程修改了共享变量的值，其它线程能够适时得知这个修改。
导致线程可见性问题有两个原因：
- 线程对变量进行修改未同步到主内存，那么这个线程对改变量的修改就是不可见的。
- 重排序。为了提高程序的执行效率，编译器在生成指令序列时和CPU执行指令序列时，都有可能对指令进行重排序。
2.2 原理
实现可见性： 禁用工作内存和 Happens-Before 规则的前三条
由 JMM 可知一般的变量写是先写到工作内存，然后由 buffer 刷到主存中的。volatile 标记的变量禁用了工作内存，即直接写到主存中。其他线程读取该变量时，直接从主内存中读取。
Happens-Before 规则的前三条：
- 程序顺序规则：一个线程中的每个操作，happens-before于该线程中的任意后续操作。
- 监视器锁规则：对一个锁的解锁，happens-before 于随后对这个锁的加锁。
- volatile变量规则：对一个 volatile 域的写，happens-before于任意后续对这个volatile 域的读。
Happens-Before 规则可参考：
禁止重排序的实现其实也依赖了 happen-before 原则。
JVM底层是通过一个叫做“内存屏障”的东西来完成。内存屏障，也叫做内存栅栏，是一组处理器指令，用于实现对内存操作的顺序限制。
| 屏障类型 | 指令示例 | 说明 |
|---|---|---|
| LoadLoad Barriers | Load1;LoadLoad;Load2 | 该屏障确保Load1数据的装载先于Load2及其后所有装载指令的的操作 |
| StoreStore Barriers | Store1;StoreStore;Store2 | 该屏障确保Store1立刻刷新数据到内存(使其对其他处理器可见)的操作先于Store2及其后所有存储指令的操作 |
| LoadStore Barriers | Load1;LoadStore;Store2 | 确保Load1的数据装载先于Store2及其后所有的存储指令刷新数据到内存的操作 |
| StoreLoad Barriers | Store1;StoreLoad;Load2 | 该屏障确保Store1立刻刷新数据到内存的操作先于Load2及其后所有装载装载指令的操作。它会使该屏障之前的所有内存访问指令(存储指令和访问指令)完成之后,才执行该屏障之后的内存访问指令 |
基于保守策略的 JMM 内存屏障插入策略:
- 在每个 volatile 写操作的前面插入一个 StoreStore 屏障。该屏障用来保证在 volatile 写之前，其前面所有的普通写操作已经对任意处理器可见
- 在每个 volatile 写操作的后面插入一个 StoreLoad 屏障。避免 volatile 写操作可能与后面可能有的 volatile 写操作重排序
- 在每个 volatile 读操作的前面插入一个 LoadLoad 屏障。用来避免将 volatile 读和前面的普通读重排序
- 在每个 volatile 读后面插入一个 LoadStore 屏障。避免后面的普通写和 volatile 读重排序
所谓的保守策略即保证在任何处理器上都能得到正确的语意，实际上编译器会自动优化以省略某些语意（比如因为 X86 不会对读读、读写、写写重排序，就可以省下这三种屏障）
编译器不会对 volatile 读与 volatile 读后面的任意内存操作（包括对普通变量的读写）重排序，也不会对 volatile 写与 volatile 写前面的任意内存操作重排序
2.3 总结
简而言之，volatile 变量自身具有下列特性：
- 可见性。对一个 volatile 变量的读，总能看到（任意线程）对这个 volatile 变量最后的写入。
- 原子性。对任意单个 volatile 变量的读/写具有原子性，但类似于 volatile++ 这种复合操作不具有原子性。
3. final
final 修饰变量、修饰方法、修饰类，都有什么作用就不详细讲解了，讲讲原理。
对于final域，编译器和处理器要遵守两个重排序规则：
- 在构造函数内对一个final域的写入，与随后把这个被构造对象的引用赋值给一个引用变量，这两个操作之间不能重排序。（先写入final变量，后调用该对象引用）
原因：编译器会在final域的写之后，插入一个StoreStore屏障
- 初次读一个包含final域的对象的引用，与随后初次读这个final域，这两个操作之间不能重排序（先读对象的引用，后读final变量）
原因：编译器会在读final域操作的前面插入一个LoadLoad屏障
详细讲解参考：
4. synchronized
synchronized 的底层是使用操作系统的 mutex lock 实现的。
- **内存可见性：**同步快的可见性是由“如果对一个变量执行 lock 操作，将会清空工作内存中此变量的值，在执行引擎使用这个变量前需要重新执行 load 或 assign 操作初始化变量的值”、“对一个变量执行 unlock 操作之前，必须先把此变量同步回主内存中（执行 store 和 write 操作）”这两条规则获得的。
- **操作原子性：**持有同一个锁的两个同步块只能串行地进入
synchronized 用的锁是存在 Java 对象头里的。
JVM基于进入和退出 Monitor 对象来实现方法同步和代码块同步。代码块同步是使用 monitorenter 和 monitorexit 指令实现的，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。任何对象都有一个 monitor 与之关联，当且一个 monitor 被持有后，它将处于锁定状态。`
根据虚拟机规范的要求，在执行 monitorenter 指令时，首先要去尝试获取对象的锁，如果这个对象没被锁定，或者当前线程已经拥有了那个对象的锁，把锁的计数器加1；相应地，在执行 monitorexit 指令时会将锁计数器减1，当计数器被减到 0 时，锁就释放了。如果获取对象锁失败了，那当前线程就要阻塞等待，直到对象锁被另一个线程释放为止。
注意两点：
1、synchronized 同步快对同一条线程来说是可重入的，不会出现自己把自己锁死的问题；
2、同步块在已进入的线程执行完之前，会阻塞后面其他线程的进入。
想要详细了解，下面这篇文章讲德特别棒：
5. 小结&参考资料
小结
这三个关键字在 JMM 中起着至关重要的作用，JMM 规范的保证依靠这些关键字实现。同时，这几个关键字的熟练使用也非常非常重要，得深刻理解。