Java 并发编程的基础概念对于理解和编写高效的多线程应用程序至关重要。下面我们将详细介绍临界资源、线程安全、Java 内存模型以及 volatile 关键字等基本概念。

临界资源（Critical Section）

临界资源是指多个线程可能同时访问的共享资源。为了保证数据的一致性和程序的正确性，需要确保每次只有一个线程能够访问临界资源。通常情况下，临界资源通过互斥锁（Mutex）或者信号量（Semaphore）等方式来保护。

示例：

class Counter {
    private int count = 0;

    public synchronized void increment() {
        count++;
    }

    public synchronized int getCount() {
        return count;
    }
}

在这个例子中，increment 方法和 getCount 方法都使用了 synchronized 关键字来保证方法内部的代码块只能被一个线程访问。

线程安全（Thread Safety）

线程安全是指一个类的设计是否考虑到了在多线程并发环境下的正确运行。如果一个对象能够在多线程环境下被安全地使用，则称其为线程安全的。通常，要保证线程安全，需要对共享资源的访问进行适当的同步。

示例：

public class ThreadSafeCounter {
    private int count = 0;
    private final Object lock = new Object();

    public void increment() {
        synchronized (lock) {
            count++;
        }
    }

    public int getCount() {
        synchronized (lock) {
            return count;
        }
    }
}

在这个示例中，increment 和 getCount 方法通过共享的 lock 对象来保证线程安全。

Java 内存模型（Java Memory Model, JMM）

Java 内存模型定义了 Java 程序中各种变量（线程共享变量）的访问规则，以及在并发环境下变量的存储与读取行为。JMM 的主要目的是解决由于线程间可见性、有序性以及原子性问题导致的内存一致性错误。

关键特性：

• 可见性：当一个线程修改了一个共享变量的值，其他线程能够立即看到这个修改。
• 有序性：JMM 会禁止指令重排序以保证程序执行的顺序符合代码的先后顺序。
• 原子性：保证基本的读写操作不会被中断。

volatile 关键字

volatile 是 Java 提供的一个关键字，用于标记变量，以确保变量的可见性和禁止指令重排序。

特性：

• 可见性：当一个线程修改了一个 volatile 变量的值，新的值对于其他线程是立即可见的。
• 禁止指令重排序：编译器和处理器不会对 volatile 变量的读写操作进行优化或重排序。

示例：

public class VolatileExample {
    private volatile boolean running = true;

    public void stop() {
        running = false;
    }

    public void execute() {
        while (running) {
            // 执行一些任务
        }
        System.out.println("Task finished.");
    }
}

在这个示例中，running 被声明为 volatile，这确保了当主线程调用 stop() 方法改变 running 的值时，工作线程能够立即看到这一变化，从而退出循环。

总结

理解这些基础概念对于开发健壮的并发程序至关重要。在实际应用中，还需要考虑更复杂的场景，比如使用高级的并发工具类如 ReentrantLock, Semaphore, CountDownLatch, CyclicBarrier 等来进一步提高程序的并发性能和安全性。