Java并发(十九):final实现原理
final在Java中是一個(gè)保留的關(guān)鍵字,可以聲明成員變量、方法、類以及本地變量。
一旦你將引用聲明作final,你將不能改變這個(gè)引用了,編譯器會(huì)檢查代碼,如果你試圖將變量再次初始化的話,編譯器會(huì)報(bào)編譯錯(cuò)誤。
一、final變量
final成員變量表示常量,只能被賦值一次,賦值后值不再改變(final要求地址值不能改變)
當(dāng)final修飾一個(gè)基本數(shù)據(jù)類型時(shí),表示該基本數(shù)據(jù)類型的值一旦在初始化后便不能發(fā)生變化;如果final修飾一個(gè)引用類型時(shí),則在對(duì)其初始化之后便不能再讓其指向其他對(duì)象了,但該引用所指向的對(duì)象的內(nèi)容是可以發(fā)生變化的。本質(zhì)上是一回事,因?yàn)橐玫闹凳且粋€(gè)地址,final要求值,即地址的值不發(fā)生變化。
final修飾一個(gè)成員變量(屬性),必須要顯示初始化。這里有兩種初始化方式,一種是在變量聲明的時(shí)候初始化;第二種方法是在聲明變量的時(shí)候不賦初值,但是要在這個(gè)變量所在的類的所有的構(gòu)造函數(shù)中對(duì)這個(gè)變量賦初值。
二、final方法
使用final方法的原因有兩個(gè)。
第一個(gè)原因是把方法鎖定,以防任何繼承類修改它的含義,不能被重寫;
第二個(gè)原因是效率,final方法比非final方法要快,因?yàn)樵诰幾g的時(shí)候已經(jīng)靜態(tài)綁定了,不需要在運(yùn)行時(shí)再動(dòng)態(tài)綁定。
(注:類的private方法會(huì)隱式地被指定為final方法)
三、final類
當(dāng)用final修飾一個(gè)類時(shí),表明這個(gè)類不能被繼承。
final類中的成員變量可以根據(jù)需要設(shè)為final,但是要注意final類中的所有成員方法都會(huì)被隱式地指定為final方法。
在使用final修飾類的時(shí)候,要注意謹(jǐn)慎選擇,除非這個(gè)類真的在以后不會(huì)用來繼承或者出于安全的考慮,盡量不要將類設(shè)計(jì)為final類。
四、final使用總結(jié)
final關(guān)鍵字的好處:
(1)final關(guān)鍵字提高了性能。JVM和Java應(yīng)用都會(huì)緩存final變量。
(2)final變量可以安全的在多線程環(huán)境下進(jìn)行共享,而不需要額外的同步開銷。
(3)使用final關(guān)鍵字,JVM會(huì)對(duì)方法、變量及類進(jìn)行優(yōu)化。
關(guān)于final的重要知識(shí)點(diǎn)
五、final原理
最好先理解java內(nèi)存模型?Java并發(fā)(二):Java內(nèi)存模型
對(duì)于final域,編譯器和處理器要遵守兩個(gè)重排序規(guī)則:
1.在構(gòu)造函數(shù)內(nèi)對(duì)一個(gè)final域的寫入,與隨后把這個(gè)被構(gòu)造對(duì)象的引用賦值給一個(gè)引用變量,這兩個(gè)操作之間不能重排序。
(先寫入final變量,后調(diào)用該對(duì)象引用)
原因:編譯器會(huì)在final域的寫之后,插入一個(gè)StoreStore屏障
2.初次讀一個(gè)包含final域的對(duì)象的引用,與隨后初次讀這個(gè)final域,這兩個(gè)操作之間不能重排序。
(先讀對(duì)象的引用,后讀final變量)
編譯器會(huì)在讀final域操作的前面插入一個(gè)LoadLoad屏障?
示例1:
public class FinalExample {int i; // 普通變量final int j; // final 變量static FinalExample obj;public void FinalExample() { // 構(gòu)造函數(shù)i = 1; // 寫普通域j = 2; // 寫 final 域 }public static void writer() { // 寫線程 A 執(zhí)行obj = new FinalExample();}public static void reader() { // 讀線程 B 執(zhí)行FinalExample object = obj; // 讀對(duì)象引用int a = object.i; // 讀普通域 a=1或者a=0或者直接報(bào)錯(cuò)i沒有初始化int b = object.j; // 讀 final域 b=2 } }?
第一種情況:寫普通域的操作被編譯器重排序到了構(gòu)造函數(shù)之外
而寫 final 域的操作,被寫 final 域的重排序規(guī)則“限定”在了構(gòu)造函數(shù)之內(nèi),讀線程 B 正確的讀取了 final 變量初始化之后的值。
寫 final 域的重排序規(guī)則可以確保:在對(duì)象引用為任意線程可見之前,對(duì)象的 final 域已經(jīng)被正確初始化過了,而普通域不具有這個(gè)保障。
第二種情況:讀對(duì)象的普通域的操作被處理器重排序到讀對(duì)象引用之前
而讀 final 域的重排序規(guī)則會(huì)把讀對(duì)象 final 域的操作“限定”在讀對(duì)象引用之后,此時(shí)該 final 域已經(jīng)被 A 線程初始化過了,這是一個(gè)正確的讀取操作。
讀 final 域的重排序規(guī)則可以確保:在讀一個(gè)對(duì)象的 final 域之前,一定會(huì)先讀包含這個(gè) final 域的對(duì)象的引用。
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示例2:如果 final 域是引用類型
對(duì)于引用類型,寫 final 域的重排序規(guī)則對(duì)編譯器和處理器增加了如下約束:
在構(gòu)造函數(shù)內(nèi)對(duì)一個(gè) final 引用的對(duì)象的成員域的寫入,與隨后在構(gòu)造函數(shù)外把這個(gè)被構(gòu)造對(duì)象的引用賦值給一個(gè)引用變量,這兩個(gè)操作之間不能重排序。
public class FinalReferenceExample {final int[] intArray; // final 是引用類型static FinalReferenceExample obj;public FinalReferenceExample() { // 構(gòu)造函數(shù)intArray = new int[1]; // 1intArray[0] = 1; // 2 }public static void writerOne() { // 寫線程 A 執(zhí)行obj = new FinalReferenceExample(); // 3 }public static void writerTwo() { // 寫線程 B 執(zhí)行obj.intArray[0] = 2; // 4 }public static void reader() { // 讀線程 C 執(zhí)行if (obj != null) { // 5int temp1 = obj.intArray[0]; // 6 temp1=1或者temp1=2,不可能等于0 }} }?假設(shè)首先線程 A 執(zhí)行 writerOne() 方法,執(zhí)行完后線程 B 執(zhí)行 writerTwo() 方法,執(zhí)行完后線程 C 執(zhí)行 reader () 方法。
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在上圖中,1 是對(duì) final 域的寫入,2 是對(duì)這個(gè) final 域引用的對(duì)象的成員域的寫入,3 是把被構(gòu)造的對(duì)象的引用賦值給某個(gè)引用變量。這里除了前面提到的 1 不能和 3 重排序外,2 和 3 也不能重排序。
JMM 可以確保讀線程 C 至少能看到寫線程 A 在構(gòu)造函數(shù)中對(duì) final 引用對(duì)象的成員域的寫入。即 C 至少能看到數(shù)組下標(biāo) 0 的值為 1。而寫線程 B 對(duì)數(shù)組元素的寫入,讀線程 C 可能看的到,也可能看不到。JMM 不保證線程 B 的寫入對(duì)讀線程 C 可見,因?yàn)閷懢€程 B 和讀線程 C 之間存在數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng),此時(shí)的執(zhí)行結(jié)果不可預(yù)知。
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