关于java中final关键字与线程安全性

Posted 2020-08-21 旧巷里的旧少年

在Java5中，final关键字是非常重要而事实上却经常被忽视其作为同步的作用。本质上讲，final能够做出如下保证：当你创建一个对象时，使用final关键字能够使得另一个线程不会访问到处于“部分创建”的对象，否则是会可能发生的。这是 因为，当用作对象的一个属性时，final有着如下的语义：

 当构造函数结束时，final类型的值是被保证其他线程访问该对象时，它们的值是可见的

为什么是必须的

使用final是所谓的安全发布（safe publication）的一种方式，这里，发布（publication）一个地相意味着在一个线程中创建它，同时另一个线程在之后的某时刻可以引用到该新创建的对象。当JVM调用对象的构造函数时，它必须将各成员赋值，同时存储一个指向该对象的指针。就像其他任何的数据写入一样，这可能是乱序的，and their application to main memory can be delayed and other processors can be delayed unless you take special steps to combat this（看不太懂，是不是说“把他们写回主存可能推迟，并且其他的处理器（看到变化）也会推迟，要客服这一点，除非采取非常步骤”）。特别的，指向对象的引用可能在成员变量提交之前（导致如此的原因之一是编译器的指令重排ordering：if you think about how you\'d write things in a low-level language such as C or assembler, it\'s quite natural to store a pointer to a block of memory, and then advance the pointer as you\'re writing data to that block）就被写入到主存并被访问到了。这样会导致另一个线程看到了一个不合法或不完整的对象。

而final可以防止此类事情的发生：如果某个成员是final的，JVM规范做出如下明确的保证：一旦对象引用对其他线程可见，则其final成员也必须正确的赋值了。

final的对象引用

 对象的final成员成员的值在当退出构造函数时，他们也是最新的。这意味着：

 final类型的成员变量的值，包括那些用final引用指向的collections的对象，是读线程安全而无需使用synchronization的

 注意，如果你有一个指向collection，数组或其他可变对象的final引用，如果存在其他线程访问，仍然需要使用同步机制来访问该对象（或使用ConcurrentHashMap）。

因此，不可变对象（指所有的成员都是final并且成员要么是基本类型，要么指向另一个不可变对象）可以并发访问而无需使用同步机制。通过final引用读取“实际不可变”对象（指成员虽然实际并不是final，然而却从不会改变）也是安全的。然而，从程序设计的角度来看，在此种情况下强化不可变性是明智的（如用Collections.unmodifiableList()封装一个collection）。That way, you\'ll spot bugs introduced when one of your colleagues naughtily attempts to modify a collection that you didn\'t intend to be modified!

 使用final的限制条件和局限性

 当声明一个final成员时，必须在构造函数退出前设置它的值，如下：

public class MyClass {
  private final int myField = 3;
  public MyClass() {
    ...
  }
}

或者

public class MyClass {
  private final int myField;
  public MyClass() {
    ...
    myField = 3;
    ...
  }
}

需要强调的是将指向对象的成员声明为final只能将该引用设为不可变的，而非所指的对象。例如如果一个list声明如下：

private final List myList = new ArrayList();

仍然可以修改该list

myList.add("Hello");

然而，声明为final可以保证如下操作不合法：

myList = new ArrayList();
myList = someOtherList;

什么时候应该使用final

 一个答案就是“尽可能的使用”。任何你不希望改变的（基本类型，或者指向一个对象，不管该对象是否可变）一般来讲都应该声明为final。另一种看待此问题的方式是：

 如果一个对象将会在多个线程中访问并且你并没有将其成员声明为final，则必须提供其他方式保证线程安全

 “其他方式”可以包括声明成员为volatile，使用synchronized或者显式Lock控制所有该成员的访问。

大家往往忽视的典型case是在一个线程创建一个对象，而后在另一个线程使用，如一个通过ThreadPoolExecutor的对象。这种情况下，必须保证该对象的线程安全性：这和线程的并发访问关系不大，主要是因为在其生命周期内，不同的线程会在任意时刻访问它（还是内存模型的问题吧）