深入理解final关键字
Java中的final關(guān)鍵字非常重要，它可以應(yīng)用于類、方法以及變量。這篇文章中我將帶你看看什么是final關(guān)鍵字？將變量，方法和類聲明為final代表了什么？使用final的好處是什么？最后也有一些使用final關(guān)鍵字的實(shí)例。final經(jīng)常和static一起使用來聲明常量，你也會(huì)看到final是如何改善應(yīng)用性能的。
final關(guān)鍵字的含義?
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。
什么是final變量？
凡是對成員變量或者本地變量(在方法中的或者代碼塊中的變量稱為本地變量)聲明為final的都叫作final變量。final變量經(jīng)常和static關(guān)鍵字一起使用，作為常量。下面是final變量的例子：
| 1 2 | publicstatic final String LOAN = "loan"; LOAN = newString("loan")//invalid compilation error |
final變量是只讀的。
什么是final方法?
final也可以聲明方法。方法前面加上final關(guān)鍵字，代表這個(gè)方法不可以被子類的方法重寫。如果你認(rèn)為一個(gè)方法的功能已經(jīng)足夠完整了，子類中不需要改變的話，你可以聲明此方法為final。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。下面是final方法的例子：
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 | classPersonalLoan{ ????publicfinal String getName(){ ????????return"personal loan"; ????} } classCheapPersonalLoan extendsPersonalLoan{ ????@Override ????publicfinal String getName(){ ????????return"cheap personal loan";//compilation error: overridden method is final ????} } |
什么是final類？
使用final來修飾的類叫作final類。final類通常功能是完整的，它們不能被繼承。Java中有許多類是final的，譬如String, Interger以及其他包裝類。下面是final類的實(shí)例：
| 1 2 3 4 5 6 7 | ????finalclass PersonalLoan{ ????} ????classCheapPersonalLoan extendsPersonalLoan{? //compilation error: cannot inherit from final class } |
final關(guān)鍵字的好處
下面總結(jié)了一些使用final關(guān)鍵字的好處
不可變類
創(chuàng)建不可變類要使用final關(guān)鍵字。不可變類是指它的對象一旦被創(chuàng)建了就不能被更改了。String是不可變類的代表。不可變類有很多好處，譬如它們的對象是只讀的，可以在多線程環(huán)境下安全的共享，不用額外的同步開銷等等。
相關(guān)閱讀：為什么String是不可變的以及如何寫一個(gè)不可變類。
關(guān)于final的重要知識點(diǎn)
| 1 | privatefinal int COUNT = 10; |
| 1 2 3 4 | privatefinal List Loans = newArrayList(); list.add(“home loan”);? //valid list.add("personal loan");//valid loans = newVector();? //not valid |
我們已經(jīng)知道final變量、final方法以及final類是什么了。必要的時(shí)候使用final，能寫出更快、更好的代碼的。
原文鏈接：?Javarevisited?翻譯：?ImportNew.com?-?唐小娟譯文鏈接：?http://www.importnew.com/7553.html
深入理解Java內(nèi)存模型——final
與前面介紹的鎖和volatile相比較，對final域的讀和寫更像是普通的變量訪問。對于final域，編譯器和處理器要遵守兩個(gè)重排序規(guī)則：
下面，我們通過一些示例性的代碼來分別說明這兩個(gè)規(guī)則：
這里假設(shè)一個(gè)線程A執(zhí)行writer ()方法，隨后另一個(gè)線程B執(zhí)行reader ()方法。下面我們通過這兩個(gè)線程的交互來說明這兩個(gè)規(guī)則。
寫final域的重排序規(guī)則
寫final域的重排序規(guī)則禁止把final域的寫重排序到構(gòu)造函數(shù)之外。這個(gè)規(guī)則的實(shí)現(xiàn)包含下面2個(gè)方面：
- JMM禁止編譯器把final域的寫重排序到構(gòu)造函數(shù)之外。
- 編譯器會(huì)在final域的寫之后，構(gòu)造函數(shù)return之前，插入一個(gè)StoreStore屏障。這個(gè)屏障禁止處理器把final域的寫重排序到構(gòu)造函數(shù)之外。
現(xiàn)在讓我們分析writer ()方法。writer ()方法只包含一行代碼：finalExample = new FinalExample ()。這行代碼包含兩個(gè)步驟：
假設(shè)線程B讀對象引用與讀對象的成員域之間沒有重排序（馬上會(huì)說明為什么需要這個(gè)假設(shè)），下圖是一種可能的執(zhí)行時(shí)序：
在上圖中，寫普通域的操作被編譯器重排序到了構(gòu)造函數(shù)之外，讀線程B錯(cuò)誤的讀取了普通變量i初始化之前的值。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：在對象引用為任意線程可見之前，對象的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。以上圖為例，在讀線程B“看到”對象引用obj時(shí)，很可能obj對象還沒有構(gòu)造完成（對普通域i的寫操作被重排序到構(gòu)造函數(shù)外，此時(shí)初始值2還沒有寫入普通域i）。
讀final域的重排序規(guī)則
讀final域的重排序規(guī)則如下：
- 在一個(gè)線程中，初次讀對象引用與初次讀該對象包含的final域，JMM禁止處理器重排序這兩個(gè)操作（注意，這個(gè)規(guī)則僅僅針對處理器）。編譯器會(huì)在讀final域操作的前面插入一個(gè)LoadLoad屏障。
初次讀對象引用與初次讀該對象包含的final域，這兩個(gè)操作之間存在間接依賴關(guān)系。由于編譯器遵守間接依賴關(guān)系，因此編譯器不會(huì)重排序這兩個(gè)操作。大多數(shù)處理器也會(huì)遵守間接依賴，大多數(shù)處理器也不會(huì)重排序這兩個(gè)操作。但有少數(shù)處理器允許對存在間接依賴關(guān)系的操作做重排序（比如alpha處理器），這個(gè)規(guī)則就是專門用來針對這種處理器。
reader()方法包含三個(gè)操作：
現(xiàn)在我們假設(shè)寫線程A沒有發(fā)生任何重排序，同時(shí)程序在不遵守間接依賴的處理器上執(zhí)行，下面是一種可能的執(zhí)行時(shí)序：
在上圖中，讀對象的普通域的操作被處理器重排序到讀對象引用之前。讀普通域時(shí)，該域還沒有被寫線程A寫入，這是一個(gè)錯(cuò)誤的讀取操作。而讀final域的重排序規(guī)則會(huì)把讀對象final域的操作“限定”在讀對象引用之后，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)對象的final域之前，一定會(huì)先讀包含這個(gè)final域的對象的引用。在這個(gè)示例程序中，如果該引用不為null，那么引用對象的final域一定已經(jīng)被A線程初始化過了。
如果final域是引用類型
上面我們看到的final域是基礎(chǔ)數(shù)據(jù)類型，下面讓我們看看如果final域是引用類型，將會(huì)有什么效果？
請看下列示例代碼：
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} } }這里final域?yàn)橐粋€(gè)引用類型，它引用一個(gè)int型的數(shù)組對象。對于引用類型，寫final域的重排序規(guī)則對編譯器和處理器增加了如下約束：
對上面的示例程序，我們假設(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。下面是一種可能的線程執(zhí)行時(shí)序：
在上圖中，1是對final域的寫入，2是對這個(gè)final域引用的對象的成員域的寫入，3是把被構(gòu)造的對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final引用對象的成員域的寫入。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)競爭，此時(shí)的執(zhí)行結(jié)果不可預(yù)知。
如果想要確保讀線程C看到寫線程B對數(shù)組元素的寫入，寫線程B和讀線程C之間需要使用同步原語（lock或volatile）來確保內(nèi)存可見性。
為什么final引用不能從構(gòu)造函數(shù)內(nèi)“逸出”
前面我們提到過，寫final域的重排序規(guī)則可以確保：在引用變量為任意線程可見之前，該引用變量指向的對象的final域已經(jīng)在構(gòu)造函數(shù)中被正確初始化過了。其實(shí)要得到這個(gè)效果，還需要一個(gè)保證：在構(gòu)造函數(shù)內(nèi)部，不能讓這個(gè)被構(gòu)造對象的引用為其他線程可見，也就是對象引用不能在構(gòu)造函數(shù)中“逸出”。為了說明問題，讓我們來看下面示例代碼：
public class FinalReferenceEscapeExample { final int i; static FinalReferenceEscapeExample obj;public FinalReferenceEscapeExample () {i = 1; //1寫final域obj = this; //2 this引用在此“逸出” }public static void writer() {new FinalReferenceEscapeExample (); }public static void reader {if (obj != null) { //3int temp = obj.i; //4} } }假設(shè)一個(gè)線程A執(zhí)行writer()方法，另一個(gè)線程B執(zhí)行reader()方法。這里的操作2使得對象還未完成構(gòu)造前就為線程B可見。即使這里的操作2是構(gòu)造函數(shù)的最后一步，且即使在程序中操作2排在操作1后面，執(zhí)行read()方法的線程仍然可能無法看到final域被初始化后的值，因?yàn)檫@里的操作1和操作2之間可能被重排序。實(shí)際的執(zhí)行時(shí)序可能如下圖所示：
從上圖我們可以看出：在構(gòu)造函數(shù)返回前，被構(gòu)造對象的引用不能為其他線程可見，因?yàn)榇藭r(shí)的final域可能還沒有被初始化。在構(gòu)造函數(shù)返回后，任意線程都將保證能看到final域正確初始化之后的值。
final語義在處理器中的實(shí)現(xiàn)
現(xiàn)在我們以x86處理器為例，說明final語義在處理器中的具體實(shí)現(xiàn)。
上面我們提到，寫final域的重排序規(guī)則會(huì)要求譯編器在final域的寫之后，構(gòu)造函數(shù)return之前，插入一個(gè)StoreStore障屏。讀final域的重排序規(guī)則要求編譯器在讀final域的操作前面插入一個(gè)LoadLoad屏障。
由于x86處理器不會(huì)對寫-寫操作做重排序，所以在x86處理器中，寫final域需要的StoreStore障屏?xí)皇÷缘簟Ｍ瑯?#xff0c;由于x86處理器不會(huì)對存在間接依賴關(guān)系的操作做重排序，所以在x86處理器中，讀final域需要的LoadLoad屏障也會(huì)被省略掉。也就是說在x86處理器中，final域的讀/寫不會(huì)插入任何內(nèi)存屏障！
JSR-133為什么要增強(qiáng)final的語義
在舊的Java內(nèi)存模型中 ，最嚴(yán)重的一個(gè)缺陷就是線程可能看到final域的值會(huì)改變。比如，一個(gè)線程當(dāng)前看到一個(gè)整形final域的值為0（還未初始化之前的默認(rèn)值），過一段時(shí)間之后這個(gè)線程再去讀這個(gè)final域的值時(shí)，卻發(fā)現(xiàn)值變?yōu)榱?（被某個(gè)線程初始化之后的值）。最常見的例子就是在舊的Java內(nèi)存模型中，String的值可能會(huì)改變（參考文獻(xiàn)2中有一個(gè)具體的例子，感興趣的讀者可以自行參考，這里就不贅述了）。
為了修補(bǔ)這個(gè)漏洞，JSR-133專家組增強(qiáng)了final的語義。通過為final域增加寫和讀重排序規(guī)則，可以為java程序員提供初始化安全保證：只要對象是正確構(gòu)造的（被構(gòu)造對象的引用在構(gòu)造函數(shù)中沒有“逸出”），那么不需要使用同步（指lock和volatile的使用），就可以保證任意線程都能看到這個(gè)final域在構(gòu)造函數(shù)中被初始化之后的值。
參考文獻(xiàn)
?Java Concurrency in Practice
?JSR 133 (Java Memory Model) FAQ
?Java Concurrency in Practice
?The JSR-133 Cookbook for Compiler Writers
Intel? 64 and IA-32 ArchitecturesvSoftware Developer’s Manual Volume 3A: System Programming Guide, Part 1
關(guān)于作者
程曉明，Java軟件工程師，國家認(rèn)證的系統(tǒng)分析師、信息項(xiàng)目管理師
轉(zhuǎn)載于:https://www.cnblogs.com/Zyf2016/p/6337778.html
總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的深入理解final关键字的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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