与前面介绍的锁和volatile相比,对final域的读和写更像是普通的变量访问。下面将介绍final域的内存语义
1.final域的重排序规则
对于final域,编译器和处理器要遵守两个重排序规则。
1)在构造函数内对一个final域的写入,与随后把这个被构造对象的引用赋值给一个引用变量,这两个操作之间不能重排序。
2)初次读一个包含final域的对象的引用,与随后初次读这个final域,这两个操作之间不能重排序。
下面通过一个实例说明这两个规则
public class FinalExample {
int i; // 普通变量
final int j; // final变量
static FinalExample obj;
public FinalExample() { // 构造函数
i = 1; // 写普通域
j = 2; // 写final域
}
public static void writer() { // 写线程A执行
obj = new FinalExample();
}
public static void reader() { // 读线程B执行
FinalExample object = obj; // 读对象引用
int a = object.i; // 读普通域
int b = object.j; // 读final域
}
}
这里假设一个线程A执行writer()方法,随后另一个线程B执行reader()方法,下面我们通过这两个线程的交互来说明这两个规则。
1.1写final域的重排序规则
写final域的重排序规则禁止把final域的写重排序到构造函数之外。这个规则的实现包含2个方面。
1)JMM禁止编译器把final域的写重排序到构造函数之外,
2)编译器会在final域的写之后,构造函数return之前,插入一个StoreStore屏障。这个屏障禁止禁止处理器把final域的写重排序到构造函数之外。
1.2读final域的重排序规则
读final域的重排序规则是,在一个线程中,初次读对象引用与初次读该对象包含的final域,JMM禁止处理器重排序这两个操作。编译器会在读final域操作之前插入一个LoadLoad屏障。
初次读对象引用与初次读对象包含的final域,这两个操作之间存在间接依赖关系。由于编译器遵守间接依赖关系,因此编译器不会重排序这两个操作。
2.final域为引用类型
上面我们看到的final域是基础数据类型,如果final域是引用类型,将会有什么效果呢?
public class FinalReferenceExample {
final int [] intArray;
static FinalReferenceExample obj;
public FinalReferenceExample () { // 构造函数
intArray = new int[1]; // 1
intArray[0] = 1; // 2
}
public static void writerOne() { // 写线程A执行
obj = new FinalReferenceExample(); // 3
}
public static void writerTwo() { // 写线程B执行
obj.intArray[0] = 2; // 4
}
public static void reader() { // 读线程C执行
if (obj != null) { // 5
int tmep1 = obj.intArray[0]; // 6
}
}
}
本例final域为一个引用类型,他引用一个int型的数组对象。对于引用类型,写final域的重排序规则对编译器和处理器增加了如下约束:在构造函数内对一个final引用的对象的成员域的写入,与随后在构造函数外把这个被构造对象引用赋值给一个引用变量,这个两个操作之间不能重排序。
3.JSR-133对final的语义的增强
在旧的Java内存模型中,一个最严重的缺陷就是线程可能看到final域的值会改变。比如一个线程当前看到一个整型final域的值为0,过一段时间之后这个线程再去读这个final域的值时,却发现值变为1,。最常见的例子就是在旧的Java内存模型值,String的值可能会改变。
为了修补这个漏洞,JSR-133专家组增强了final的语义。通过为final域增加写和读重排序,可以为Java程序员提供初始化安全保证:只要对象是正确构造的,那么不需要使用同步就可以保证任意线程都能看到这个final域在构造函数中被初始化之后的值。