1. 操作系统多线程基础
我们的程序最终都会由CPU执行指令的方式实现，但是CPU的处理速度远远大于内存的读写速度，所以CPU通过CPU（假设每个CPU都有自己的高速缓存，CPU之间的高速缓存相隔离）周围的高速缓存与主内存进行数据传输，高速缓存的速度是远高于主内存的，但是容量很小。
在CPU与主内存之间添加了高速缓存后，虽然解决了CPU与主内存的速度差异问题，但是也引入了另一个严重的问题：在多核CPU系统中，CPU会先读写高速缓存上的数据，并由高速缓存再与主内存进行传输，这就可能造成不同CPU之间的高速缓存上的数据不同，引起了数据的不一致性，也即多线程工作时不能保证数据的同步。下面举一个例子说明：
i = i+1;
如上代码所示，假设CPU1、CPU2同时开启线程1、2去执行这段代码，CPU1的高速缓存去主内存上load变量i的值，将i的值保存在高速缓存中，再传输给CPU1去执行，这时CPU1执行后使i赋值为1，再由CPU1传输给高速缓存，再写入主内存中。但是如果在这个过程中（主内存的变量还未更改）CPU2代表的第二个线程执行同样的程序时最终写入主内存的值也为“1”，与我们想要得到“i=2”的结果就不同了。
这样就引出了这个问题：缓存一致性问题，即变量在多个高速缓存中都有副本，但是这些副本之间可能不同。 为了解决缓存不一致性的问题，主要有两个方法：
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- 在总线上加锁LOCK：在某一CPU工作期间，其他CPU无法通过总线读写主内存，这种方法下频率较低；
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- 缓存一致性协议：
所有内存的传输都发生在一条共享的总线上，而所有的处理器都能看到这条总线：缓存本身是独立的，但是内存是共享资源，所有的内存访问都要经过仲裁（同一个指令周期中，只有一个CPU缓存可以读写内存）。
缓存一致性协议中最有名的当属MESI，MESI协议保证了每个缓存中使用的共享变量的副本是一致的。
它核心的思想是：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。
2. JVM内存模型
Java内存模型是Java虚拟机试图屏蔽不同硬件和操作平台的差异，让Java程序再各种平台下都能达到一致的效果。Java内存模型定义了程序中各个变量的访问机制，这里的变脸是指实例变量、静态字段、数组对象的元素等，但是不包括局部变量和方法形参，因为后者是线程私有的，不需要共享。
Java内存模型规定了所有的变量都保存在主内存中，每条线程都拥有自己的工作内存，可以类比CPU的高速缓存。工作内存中保存了主内存中的变量副本，线程对变量的读取、赋值都必须再工作内存中进行，不能直接操作主内存中的变量。
3. volatile关键字
被volatile修饰的变量具有以下特点：
1、 保证了不同线程对这个变量进行操作时的可见性，即一个线程修改了某个变量的值，这新值对其他线程来说是立即可见的。
2、 禁止进行指令重排序。
在具体的java中有以下作用：
1、 使用volatile关键字会强制将修改的值立即写入主存；
2、 使用volatile关键字的话，当线程2进行写入时，会导致线程1的工作内存中缓存变量的缓存行无效（反映到硬件层的话，就是CPU的L1或者L2缓存中对应的缓存行无效）；
3、 由于线程1的工作内存中缓存变量的缓存行无效，所以线程1再次读取变量的值时会去主存读取。