在多線程環境中，我們需要考慮的主要問題是：線程之間如何進行通信，在命令式編程中，線程之間的通信機制有兩種：共享內存和消息傳遞。在共享內存的併發模型裏，線程之間共享程序的公共狀態，線程之間通過寫-讀內存中的公共狀態來隱式進行通信。在消息傳遞的併發模型裏，線程之間沒有公共狀態，線程之間必須通過明確的發送消息來顯式進行通信。Java的併發採用的是共享內存模型，Java線程之間的通信總是隱式進行，整個通信過程對程序員完全透明。
Java內存模型的抽象
在java中，所有實例域、靜態域和數組元素存儲在堆內存中，堆內存在線程之間共享（本文使用“共享變量”這個術語代指實例域，靜態域和數組元素）。局部變量（Local variables），方法定義參數（java語言規範稱之爲formal method parameters）和異常處理器參數（exception handler parameters）不會在線程之間共享，它們不會有內存可見性問題，也不受內存模型的影響。
Java線程之間的通信由Java內存模型（本文簡稱爲JMM）控制，JMM決定一個線程對共享變量的寫入何時對另一個線程可見。從抽象的角度來看，JMM定義了線程和主內存之間的抽象關係：線程之間的共享變量存儲在主內存（main memory）中，每個線程都有一個私有的本地內存（local memory），本地內存中存儲了該線程以讀/寫共享變量的副本。本地內存是JMM的一個抽象概念，並不真實存在。它涵蓋了緩存，寫緩衝區，寄存器以及其他的硬件和編譯器優化。Java內存模型的抽象示意圖如下：
從上圖來看，線程A與線程B之間如要通信的話，必須要經歷下面2個步驟：
1. 首先，線程A把本地內存A中更新過的共享變量刷新到主內存中去。
2. 然後，線程B到主內存中去讀取線程A之前已更新過的共享變量。
下面通過示意圖來說明這兩個步驟：
如上圖所示，本地內存A和B有主內存中共享變量x的副本。假設初始時，這三個內存中的x值都爲0。線程A在執行時，把更新後的x值（假設值爲1）臨時存放在自己的本地內存A中。當線程A和線程B需要通信時，線程A首先會把自己本地內存中修改後的x值刷新到主內存中，此時主內存中的x值變爲了1。隨後，線程B到主內存中去讀取線程A更新後的x值，此時線程B的本地內存的x值也變爲了1。
從整體來看，這兩個步驟實質上是線程A在向線程B發送消息，而且這個通信過程必須要經過主內存。JMM通過控制主內存與每個線程的本地內存之間的交互，來爲java程序員提供內存可見性保證。
如何保證內存的可見性？
1、使用synchronized關鍵字
Java內存模型對Synchronized語義做了以下保證：
當ThreadA釋放鎖M時，它所寫過的變量（比如，x和y，存在它工作內存中的）都會同步到主存中，而當ThreadB在申請同一個鎖M時，ThreadB的工作內存會被設置爲無效，然後ThreadB會重新從主存中加載它要訪問的變量到它的工作內存中（這時x=1，y=1，是ThreadA中修改過的最新的值）。通過這樣的方式來保證內存的可見性。
2、使用volatile字段
在保證內存可見性這一方面，Synchronized和volatile沒有很大的區別，volatile實現內存可見性的核心機制是當一個線程修改了一個volatile修飾的變量的值時，該值會被寫入主內存（即RAM）而不僅僅是當前線程所在的CPU的緩存區，而其他CPU的緩存區中存儲的該變量的值也會因此而失效（從而得以更新爲主內存中的該變量的相應值）。
3、Synchronized和volatile的區別
那麼既然Synchronized和volatile都可以保證內存的可見性，那爲何會創造出兩個關鍵字呢？自然是因爲他們之間還有很多不同的地方。
（1）使用條件不同：volatile僅能使用在變量級別；synchronized則可以使用在變量、方法、和類級別的
（2）造成影響不同：volatile不會造成線程的阻塞；synchronized可能會造成線程的阻塞。
（3）發揮作用不同：Synchronized和volatile都可以保證內存的可見性，但是Synchronized可以保證操作的原子性，而volatile不可以。
（4）運行過程不同：volatile標記的變量不會被編譯器優化；synchronized標記的變量可以被編譯器優化。
注：編譯器優化是指編譯器和CPU爲了提高指令的執行效率可能會進行指令重排序，這使得代碼的實際執行方式可能不是按照我們 所認爲的方式進行。
參考文獻：http://www.jianshu.com/p/977d27852826
http://www.infoq.com/cn/articles/java-memory-model-1
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