Java内存模型-final域的内存语义

Posted 2020-12-24 玉树临枫

一 引言

　　说到final你肯定知道它是Java中的关键字，那么它所在Java中的作用你知道吗？不知道的话，请前往这篇了解下https://www.cnblogs.com/yuanfy008/p/8021673.html

　　今天我们来说说final域在JMM中的内存语义。

二 final域的重排序规则

　　开门见山，对于final域，编译器和处理器一定要遵守两个重排序规则（JSR-133才增强了final域）：

　　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，这个两个操作不能被重排序。

　　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。

　　下面我们通过案例来说明这两点（假设线程1执行writer(),随后另一个线程执行reader()方法）：

public class FinalExample {
    static volatile boolean flag = true;
    int i = 0;
    final int j;
    static FinalExample obj;

    public FinalExample() { // 构造函数
        i = 1;              // 写普通域
        j = 2;              // 写final域
    }

    public static void writer() { // 线程1写入
        obj = new FinalExample();
    }

    public static void reader() { // 线程2读取
        FinalExample example = obj; // 读对象引用
        System.out.println(example.i); // 读普通域
        System.out.println(example.j); // 读final域
    }
}

　　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下面两个方面：

　　1）JMM禁止编译器吧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。这个屏障禁止处理器把final域的写重排序到构造函数之外。

　　所以线程1执行顺序如下图（其中写普通域的顺序无法保证，理论上是存在下面三种情况的，要想验证普通域是否有重排序的结果有点难，因为无法保证线程1把普通域重排序后，线程2能够读取它之前的0值）：

　　读final域的重排序规则是：在一个线程中，初次读这个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。其中编译器会在读final域操作的前面插入一个LoadLoad屏障。由于插入了loadLoad屏障，读普通域i的操作是不会重排序到读final域，但是不保证它会重排到读对象引用这个操作的前面。所以线程2的一个执行顺序就能想象到了，这里就不画线程2的执行顺序图了。 

三 final域为引用类型

　　如果finaly域为引用类型，JMM中是怎么处理的呢？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的引用赋值给一个引用变量，这两个操作之间不能重排序。 

       以上及其以上都要注意：只针对于构造函数方法内。另外要想以上规则确保，还需要一个条件：在构造函数内部，不能让这个被构造对象的引用被其他线程可见，也就是对应引用不能再构造函数中“逸出”。如下案例：

　　

class FinalReferenceEscapeExample {
    final int i;
    static FinalReferenceEscapeExample obj;

    public FinalReferenceEscapeExample() {
        i = 1;      // 1
        obj = this; // 2 this引用逸出
    }

    public static void writer() { // 线程1
        new FinalReferenceEscapeExample();
    }

    public static void reader() { // 线程2
        if (obj != null) {
            System.out.println(obj.i);
        }
    }
}

 

　　上面程序，第一步写final域与第二步是不保证重排序的。所以当第一步与第二步重排之后，线程1执行完这步（obj = this）后，时间片分给第二个线程执行，那么线程2将会获取final域初始化之前的值，这肯定就违背了程序的初衷。