多线程（56）final关键字在Java内存模型中的作用

旧城等待， 2024-04-24 23:16 50阅读 0赞

在Java中，`final`关键字可以用于变量、方法和类。当用于变量时，`final`确保变量一旦被初始化后其值就不能被改变；用于方法时，确保方法不被重写；用于类时，确保类不被继承。

对于Java内存模型（JMM）来说，`final`字段的主要作用是提供初始化安全性，确保对象一旦被构造完成，其`final`字段的值就不会被改变，并且对于任何获取这些字段的线程来说，`final`字段的值总是一致的。

#### `final`字段的内存语义 ####

在JMM中，写入`final`字段的重排序规则确保了构造函数内对一个`final`字段的写入，与随后把这个被构造对象的引用赋值给一个引用变量，这两个动作不能被重排序。这种重排序会在构造函数内对`final`字段的所有写入操作之后执行，这意味着对象的引用直到`final`字段被正确初始化之后才能从构造函数中逸出。

#### 代码演示 ####

public class FinalFieldExample {
        
        final int x;
        int y;
        static FinalFieldExample f;
    
        public FinalFieldExample() {
        
            x = 3;  // 对final字段的写入
            y = 4;  // 对普通字段的写入
        }
    
        static void writer() {
        
            f = new FinalFieldExample();
        }
    
        static void reader() {
        
            if (f != null) {
        
                int i = f.x;  // 读操作
                int j = f.y;  // 读操作
            }
        }
    }

在这个示例中，一旦`FinalFieldExample`对象通过构造函数完全构造后，任何线程都可以保证看到`final`字段`x`的值为3，而无论是否有同步。但是对于普通字段`y`，如果没有适当的同步，其他线程可能看不到初始化后的值。

#### 初始化安全性 ####

对于包含`final`字段的对象，JMM提供了一种特殊的保证，称为初始化安全性。这意味着，对于被正确构造的（构造过程中没有`this`逸出）不可变对象，其他线程都能看到`final`字段在构造器中设置的值，即使没有同步措施，这个保证也是有效的。

初始化安全性可以保障在对象构造完成后，任何线程访问对象的`final`字段都将获取到与构造器中一样的值。

#### 源码层面解析 ####

在JDK的源码中，`final`字段的特殊处理主要体现在JVM的内存屏障插入策略中。在构造函数中写入`final`字段时，JVM会在构造函数末尾插入一个StoreStore屏障，确保`final`字段的赋值操作不会被重排序到构造函数之外。

同时，初始化安全性的保证意味着当构造函数完成时，所有对`final`字段的写入都将在任何后续读取这些字段之前发生内存屏障。

#### 注意事项 ####

*  `final`字段一旦被初始化后，其语义保证了不可变性，这对于创建不可变对象至关重要。
 *  初始化安全性确保只要对象被正确构造，所有线程都能看到`final`字段在构造器中被设置的值，即使没有额外的同步措施。
 *  尽管`final`字段对可见性提供了保证，但它并不能替代所有同步需要。对于涉及多个字段的复杂状态的对象，你可能仍然需要使用`synchronized`或`java.util.concurrent`包中的同步机制。

`final`字段的使用是创建线程安全的不可变对象的基础，并且可以在没有锁的情况下减少同步的需求，从而提高并发性能。然而，设计线程安全的共享对象依然需要仔细考量，并且通常需要多种同步机制的结合使用。