1.volatile
大多數人都知道volatile一個是保證多線程併發時的內存的可見性，還有一個就是禁止指令重排序，那麼什麼是內存的可見性呢？JMM模型規範了所有的變量(這裏指分配對象之類的共享變量)，必須通過主內存與線程工作內存通信。
但是這裏會存在一個問題，如果多線程併發的情況下，有兩個線程同時對a進行加一操作了，在沒有正確同步的情況下，那麼有可能就會出現a=2情況，產生這種情況是因爲JMM規範線程讀取變量的時候都必須經過主內存，然後存儲到本地的副本中，如果線程1讀取a=1到自己的線程副本中，進行a+1操作，但是此時還沒有把數據寫回主內存，線程2也可開始了從主內存讀取a=1的值，那麼這種情況下，兩個線程的累加並不是我們預期的a=3值。那麼這裏我們是不是直接用volatile修飾這個變量就會讓a++操作併發安全了呢？這裏其實還是埋了個坑，我還是需要介紹一下指令重排序的概念，我們java的字節碼文件經過JVM加載執行最後都會編譯成機器語言如彙編，我們方法的代碼執行會變成一條條指令，但是硬件層在某些時候爲了提高CPU效率會對一些沒有數據依賴的指令進行重排序，就比如a=1,b=2.如果根據程序次序規則的happens-before關係，a=1的指令會先於b=2的指令執行，但是CPU有可能將先將b=2執行了，而且這裏JMM規範對這種情況並沒有要求，JMM規範裏在程序處理結果跟順序執行一致的情況下，並沒有要求A happens-before B,就一定要A先執行，它只要求A執行的結果對B是可見的，也就是不影響最後程序的結果它都是允許的。
如上圖是一個DCL單例創建，如果不適用volatile修飾，我們獲取初始化一半的對象，這裏因爲new SingletonDemo()創建對象時不是一個原子操作，當JVM遇到new指令時，假設步驟爲1.在主內開闢對象空間，2.執行對象初始化操作，3.將對象地址賦值給棧內存的變量instance.因爲我們使用的是synchronized，代碼進入臨界區後，JMM規範允許臨界區的代碼重排序，所以這裏有可能將步驟3執行在步驟2的前面。這樣就有可能在併發的情況下，其他線程讀取到了未初始化完畢的對象。那麼如果用volatile修飾instance變量禁止指令重排序後，我們就可以保證單例的併發安全了。
這裏補充一點，被volatile修飾的變量，底層編譯成彙編的時候，會多一個Lock前綴指令，該指令主要作用是，將寫緩衝區刷回內存，還有就是如果支持緩存鎖定，就鎖定該內存的地址或者鎖總線，讓內存中的變量變成某個cpu獨享狀態，然後通過MESI緩存一致性來保證線程間的內存可見性，還有它禁止了內存屏障內的指令重排序。其實這些就是JMM爲了保證votatile的語義的硬件實現。
2.synchronized
JVM實現的鎖，當我們對共享資源進行修改時，爲了保證併發安全性，通俗的說，就是我們對共享資源上一把鎖，只有拿到鎖的線程才能進入，然後線程出來之後，還要上交這把鎖。關於JVM如何實現的呢？
synchronized修飾成員方法時，鎖的對象就是this,修飾類方法時，鎖的對象就是this.getClass(),修飾代碼塊時，鎖的對象就是（）裏的對象，然後我們所有的對象其實都是有一個ObjectMonitor對象關聯的，當我們線程要獲取鎖時，就是獲取這個對象，那麼當多個線程爭取monitor對象時，只會有一個線程成功，其他競爭失敗的對象會進入一個entry-list隊列裏阻塞等待搶鎖成功的線程釋放鎖，如果持有鎖的線程調用wait()方法，那麼它將進入一個wait set的隊裏並且釋放鎖，等待其他線程對它的notify.這裏其實JVM還有實現，釋放鎖後對entry-list隊列裏的阻塞線程進行喚醒操作。因爲java線程是需要操作系統轉入內核進行喚醒和上下文切換的，所以才說synchronized是重量級鎖
但是從JDK1.6之後，synchronized進行了多種優化操作，其中就是偏向鎖，輕量級鎖。偏向鎖就是通過設置對象的markwold裏的鎖標誌位，以及記錄當前獲取鎖的線程ID，通過CAS操作替換markwold，如果替換成功則獲取鎖。輕量級鎖其實實現就是自旋，當一個線程獲取鎖時，會判斷前面線程是否通過自旋獲取過鎖，如果前面的線程通過自旋成功獲取鎖，那麼這裏也會通過自旋等待來獲取鎖，這裏的缺點就是自旋空轉浪費CPU處理器時間，如果應用程序中都是存在併發而且執行鎖操作時間較長的情況下的，關閉自旋操作可能效率更高。
3.Lock
Lock鎖時JDK層面實現的，通過AQS同步器實現的。底層原理是通過硬件提供的原子操作compareAndswap指令實現的一種lock free（無鎖化），它有reentrantLock（重入鎖），ReentrantReadWriteLock(讀寫鎖)。其實都是通過基礎的同步器AQS實現的。
AQS採用了模板設計，封裝了等待線程入隊列以及出隊列的操作，讀寫鎖對信號量設計的更巧妙。採用了高16位代表讀鎖獲取的次數，低16位代表寫鎖獲取的次數，來進行一個讀寫分離。
4.它們的區別
volatile是輕量級的鎖，它能保證變量的內存可見性以及禁止重排序，Lock是JDK層面通過循環cas操作的lock free的鎖，這裏需要注意應用場景，如果資源一定會存在併發的情況下，而且處理也比較耗時的話，不建議使用Lock接口，使用JVM原生的synchronized效率應該更好些，synchronized是JVM底層實現的鎖，雖然做過一系列優化，儘管也會使用cas以及自旋做一些優化鎖，但是一旦膨脹爲重量級鎖之後，是無法降級的，也就是必須通過系統的阻塞與喚醒線程，是比較消耗資源的行爲了。所以我們在鎖選型的時候，應該側重各自的優缺點以及應用場景去實現。