1、由于计算机的存储设备与处理器的运算速度有几个数量级的差距，所以现代计算机系统都不得不加入一层读写速度尽可能接近处理器运算速度的高速缓存(Cache)来作为内存与处理器之间的缓冲：将运算需要使用到的数据复制到缓存中，让运算能快速进行，当运算结束后再从缓存同步回内存之中，这样处理器就无须等待缓慢的内存读写了。
2、基于高速缓存的存储交互很好地解决了处理器与内存的速度矛盾，但是也为计算机系统带来更高的复杂度，因为它引入了一个新问题：缓存一致性。在多处理器系统中，每个处理器都有自己的高速缓存，而它们又共享同一主内存，当多个处理器的运算任务都涉及同一块儿主内存区域时，将可能导致各自的缓存数据不一致。为了解决一致性问题，需要各个处理器访问缓存时都遵循一些协议，在读写时要根据协议来进行操作，这类协议有MSI、MESI、MOSI、Synapse、Firefly、Dragon Protocol等。
3、内存模型可以理解为在特定的操作协议下，对特定的内存或高速缓存进行读写访问的过程抽象。 除了增加告诉缓存之外，为了使得处理器内部的运算单元能尽量被充分利用，处理器可能会对输入代码进行乱序执行优化，处理器会在计算之后将乱序执行的结果重组，保证该结果与顺序执行的结果一致，但并不保证程序中各个语句计算的先后顺序与输入代码的顺序一致，因此，如果存在一个计算任务依赖另外一个计算任务的中间结果，那么其顺序性并不能靠代码的先后顺序来保证。与处理器的乱序执行优化类似，Java虚拟机的即时编译器中也有类似的指令重排序优化。
4、Java内存模型。
4.1、主内存与工作内存。Java内存模型的主要目标是定义程序中各个变量的访问规则，即在虚拟机中将变量存储到内存和从内存中取出变量这样的底层细节。此处的变量与Java编程中所说的变量有所区别，它包括了实例字段、静态字段和构成数组对象的元素，但不包括局部变量与方法参数，因为后者是线程私有的，不会被共享，就不存在竞争问题。
4.1.1、Java内存模型规定了所有的变量都存储在主内存中，每条线程还有自己的工作内存，线程的工作内存中保存了被该线程使用到的变量的主内存副本拷贝，线程对变量的所有操作(读取、赋值等)都必须在工作内存中进行，而不能直接读写主内存中的变量。不同的线程之间也无法直接访问对方工作内存中的变量，线程间变量值的传递均需要通过主内存来完成。
4.1.2、内存间交互操作。关于主内存与工作内存之间具体的交互协议，即一个变量如何从主内存拷贝到工作内存、如何工作内存同步回主内存之类的实现细节，Java内存模型中定义了以下8种操作来完成，虚拟机实现必须把证这8种操作都是原子的、不可再分的。
lock(锁定)：作用于主内存的变量，它把一个变量标识为一条线程独占的状态。 unlock(解锁)：作用于主内存的变量，它把一个处于锁定状态的变量释放出来，释放后的变量才可以被其它线程锁定。 read(读取)：作用于主内存的变量，它把一个变量的值从主内存传输到线程的工作内存中，以便随后的load动作使用。 load(载入)：作用于工作内存的变量，它把read操作从主内存中得到的变量值放入工作内存的变量副本中。 use(使用)：作用于工作内存的变量，它把工作内存一个变量的值传递给执行引擎，每当虚拟机遇到一个需要使用到变量的值的字节码指令时将会执行这个操作。 assign(赋值)：作用于工作内存的变量，它把一个从执行引擎接收到的赋值给工作内存的变量，每当虚拟机遇到一个给变量赋值的字节码指令时执行这个操作。 store(存储)：作用于工作内存的变量，它把工作内存中一个变量的值传送到主内存中，以便随后的write操作使用。 write(写入)：作用于主内存的变量，它把store操作从工作内存中得到的变量的值放入主内存的变量中。
4.3、如果要把一个变量从主内存复制到工作内存，那就要顺序的执行read和load操作，如果要把变量从工作内存同步回主内存，就要顺序地执行store和write操作。注意，Java内存模型只要求上述两个操作必须按顺序执行，而没有保证是连续执行。除此之外，Java内存模型还规定了在执行上述8种基本操作时必须满足如下规则： 这8种内存访问操作以及上述规则限定，再加上稍后介绍的对volatile的一些特殊规定，就已经完全确定了Java程序中哪些内存访问操作在并发下是安全的。由于这种定义相当严谨但又十分繁琐，实践起来很麻烦，后面将会介绍这种定义的一个等效判断原则—先行发生原则，用来确定一个访问在并发环境下是否安全。
5、对于volatile型变量的特殊规则。关键字volatile可以说是Java虚拟机提供的最轻量级的同步机制。
5.1、当一个变量定义为volatile之后，它将具备两种特性，第一是保证此变量对所有线程的可见性，这里的“可见性”是指当一条线程修改了这个变量的值，新值对于其它线程来说是可以立即得知的。而普通变量不能做到这一点，普通变量的值在线程之间传递均需要通过主内存来完成，例如，线程A修改一个普通变量的值，然后向主内存进行回写，另外一条线程B在线程A回写完成之后再从主内存进行读取操作，新变量值才会对线程B可见。
5.1.1、由于volatile变量只能保证可见性，在不符合以下两条规则的运算场景中，我们仍然要通过加锁(使用synchronized或java.util.concurrent中的原子类)来保证原子性。 1）运算结果并不依赖变量的当前值，或者能够确保只有单一的线程修改变量的值。 2）变量不需要与其它的状态变量共同参与不变约束。
5.2、使用volatile变量的第二个语义是禁止指令重排序优化，普通的变量仅仅会保证在该方法的执行过程中所有依赖赋值结果的地方都能获取到正确的结果，而不能保证变量赋值操作的顺序与程序代码中的执行顺序一致。 通过对比就会发现，关键变化在于有volatile修饰的变量，赋值后(前面mov
