1. final的簡(jiǎn)介
final可以修飾變量，方法和類，用于表示所修飾的內(nèi)容一旦賦值之后就不會(huì)再被改變屋确，比如String類就是一個(gè)final類型的類。即使能夠知道final具體的使用方法续扔，我想對(duì)final在多線程中存在的重排序問題也很容易忽略攻臀，希望能夠一起做下探討。
2. final的具體使用場(chǎng)景
final能夠修飾變量纱昧，方法和類刨啸，也就是final使用范圍基本涵蓋了java每個(gè)地方，下面就分別以鎖修飾的位置：變量识脆，方法和類分別來說一說设联。
2.1 變量
在java中變量，可以分為成員變量以及方法局部變量灼捂。因此也是按照這種方式依次來說离例，以避免漏掉任何一個(gè)死角。
2.1.1 final成員變量
通常每個(gè)類中的成員變量可以分為類變量（static修飾的變量）以及實(shí)例變量悉稠。針對(duì)這兩種類型的變量賦初值的時(shí)機(jī)是不同的宫蛆，類變量可以在聲明變量的時(shí)候直接賦初值或者在靜態(tài)代碼塊中給類變量賦初值。而實(shí)例變量可以在聲明變量的時(shí)候給實(shí)例變量賦初值的猛，在非靜態(tài)初始化塊中以及構(gòu)造器中賦初值耀盗。
類變量有兩個(gè)時(shí)機(jī)賦初值，而實(shí)例變量則可以有三個(gè)時(shí)機(jī)賦初值卦尊。當(dāng)final變量未初始化時(shí)系統(tǒng)不會(huì)進(jìn)行隱式初始化袍冷，會(huì)出現(xiàn)報(bào)錯(cuò)。這樣說起來還是比較抽象猫牡，下面用具體的代碼來演示胡诗。（代碼涵蓋了final修飾變量所有的可能情況，耐心看下去會(huì)有收獲的:) ）
看上面的圖片已經(jīng)將每種情況整理出來了淌友，這里用截圖的方式也是覺得在IDE出現(xiàn)紅色出錯(cuò)的標(biāo)記更能清晰的說明情況』突郑現(xiàn)在我們來將這幾種情況歸納整理一下：
類變量：必須要在靜態(tài)初始化塊中指定初始值或者聲明該類變量時(shí)指定初始值，而且只能在這兩個(gè)地方之一進(jìn)行指定震庭；
實(shí)例變量：必要要在非靜態(tài)初始化塊瑰抵，聲明該實(shí)例變量或者在構(gòu)造器中指定初始值，而且只能在這三個(gè)地方進(jìn)行指定器联。
2.2.2 final局部變量
final局部變量由程序員進(jìn)行顯式初始化二汛，如果final局部變量已經(jīng)進(jìn)行了初始化則后面就不能再次進(jìn)行更改婿崭，如果final變量未進(jìn)行初始化，可以進(jìn)行賦值肴颊，當(dāng)且僅有一次賦值氓栈，一旦賦值之后再次賦值就會(huì)出錯(cuò)。下面用具體的代碼演示final局部變量的情況：
現(xiàn)在我們來換一個(gè)角度進(jìn)行考慮婿着，final修飾的是基本數(shù)據(jù)類型和引用類型有區(qū)別嗎授瘦？
final基本數(shù)據(jù)類型 VS final引用數(shù)據(jù)類型
通過上面的例子我們已經(jīng)看出來，如果final修飾的是一個(gè)基本數(shù)據(jù)類型的數(shù)據(jù)竟宋，一旦賦值后就不能再次更改提完，那么，如果final是引用數(shù)據(jù)類型了丘侠？這個(gè)引用的對(duì)象能夠改變嗎徒欣？我們同樣來看一段代碼。
public class FinalExample {
//在聲明final實(shí)例成員變量時(shí)進(jìn)行賦值
private final static Person person = new Person(24, 170);
public static void main(String[] args) {
//對(duì)final引用數(shù)據(jù)類型person進(jìn)行更改
person.age = 22;
System.out.println(person.toString());
} static class Person {
private int age;
private int height;
public Person(int age, int height) {
this.age = age;
this.height = height;
}
@Override
public String toString() {
return "Person{" +
"age=" + age +
", height=" + height +
'}';
}
}
}
當(dāng)我們對(duì)final修飾的引用數(shù)據(jù)類型變量person的屬性改成22蜗字，是可以成功操作的打肝。通過這個(gè)實(shí)驗(yàn)我們就可以看出來當(dāng)final修飾基本數(shù)據(jù)類型變量時(shí)，不能對(duì)基本數(shù)據(jù)類型變量重新賦值秽澳，因此基本數(shù)據(jù)類型變量不能被改變。
而對(duì)于引用類型變量而言戏羽，它僅僅保存的是一個(gè)引用担神，final只保證這個(gè)引用類型變量所引用的地址不會(huì)發(fā)生改變，即一直引用這個(gè)對(duì)象始花，但這個(gè)對(duì)象屬性是可以改變的妄讯。
宏變量
利用final變量的不可更改性，在滿足一下三個(gè)條件時(shí)酷宵，該變量就會(huì)成為一個(gè)“宏變量”亥贸，即是一個(gè)常量。
使用final修飾符修飾浇垦；
在定義該final變量時(shí)就指定了初始值炕置；
該初始值在編譯時(shí)就能夠唯一指定。
注意：當(dāng)程序中其他地方使用該宏變量的地方男韧，編譯器會(huì)直接替換成該變量的值
2.2 方法
重寫朴摊？
當(dāng)父類的方法被final修飾的時(shí)候，子類不能重寫父類的該方法此虑，比如在Object中甚纲，getClass()方法就是final的，我們就不能重寫該方法朦前，但是hashCode()方法就不是被final所修飾的介杆，我們就可以重寫hashCode()方法鹃操。我們還是來寫一個(gè)例子來加深一下理解：
先定義一個(gè)父類，里面有final修飾的方法test();
public class FinalExampleParent { public final void test() { }}
然后FinalExample繼承該父類春哨，當(dāng)重寫test()方法時(shí)出現(xiàn)報(bào)錯(cuò)荆隘，如下圖：
通過這個(gè)現(xiàn)象我們就可以看出來被final修飾的方法不能夠被子類所重寫。
重載悲靴？
public class FinalExampleParent { public final void test() { } public final void test(String str) { }}
可以看出被final修飾的方法是可以重載的臭胜。經(jīng)過我們的分析可以得出如下結(jié)論：
1. 父類的final方法是不能夠被子類重寫的
2. final方法是可以被重載的
2.3 類
當(dāng)一個(gè)類被final修飾時(shí)，表名該類是不能被子類繼承的癞尚。子類繼承往往可以重寫父類的方法和改變父類屬性耸三，會(huì)帶來一定的安全隱患，因此浇揩，當(dāng)一個(gè)類不希望被繼承時(shí)就可以使用final修飾仪壮。還是來寫一個(gè)小例子：
public final class FinalExampleParent { public final void test() { }}
父類會(huì)被final修飾，當(dāng)子類繼承該父類的時(shí)候胳徽，就會(huì)報(bào)錯(cuò)积锅，如下圖：
3. final的例子
final經(jīng)常會(huì)被用作不變類上，利用final的不可更改性养盗。我們先來看看什么是不變類缚陷。
不變類
不變類的意思是創(chuàng)建該類的實(shí)例后，該實(shí)例的實(shí)例變量是不可改變的往核。滿足以下條件則可以成為不可變類：
使用private和final修飾符來修飾該類的成員變量
提供帶參的構(gòu)造器用于初始化類的成員變量箫爷；
僅為該類的成員變量提供getter方法，不提供setter方法聂儒，因?yàn)槠胀ǚ椒o法修改fina修飾的成員變量虎锚；
如果有必要就重寫Object類 的hashCode()和equals()方法，應(yīng)該保證用equals()判斷相同的兩個(gè)對(duì)象其Hashcode值也是相等的衩婚。
JDK中提供的八個(gè)包裝類和String類都是不可變類窜护，我們來看看String的實(shí)現(xiàn)。
/** The value is used for character storage. */private final char value[];
可以看出String的value就是final修飾的非春，上述其他幾條性質(zhì)也是吻合的柱徙。
4. 多線程中你真的了解final嗎？
上面我們聊的final使用奇昙，應(yīng)該屬于Java基礎(chǔ)層面的坐搔，當(dāng)理解這些后我們就真的算是掌握了final嗎？有考慮過final在多線程并發(fā)的情況嗎敬矩？在java內(nèi)存模型中我們知道java內(nèi)存模型為了能讓處理器和編譯器底層發(fā)揮他們的最大優(yōu)勢(shì)概行，對(duì)底層的約束就很少，也就是說針對(duì)底層來說java內(nèi)存模型就是一弱內(nèi)存數(shù)據(jù)模型弧岳。
同時(shí)凳忙，處理器和編譯為了性能優(yōu)化會(huì)對(duì)指令序列有編譯器和處理器重排序业踏。那么，在多線程情況下,final會(huì)進(jìn)行怎樣的重排序涧卵？會(huì)導(dǎo)致線程安全的問題嗎勤家？下面，就來看看final的重排序柳恐。
4.1 final域重排序規(guī)則
4.1.1 final域?yàn)榛绢愋?/strong>
先看一段示例性的代碼：
public class FinalDemo {
private int a;
//普通域
private final int b;
//final域
private static FinalDemo finalDemo;
public FinalDemo() {
a = 1; // 1\. 寫普通域
b = 2; // 2\. 寫final域
}
public static void writer() {
finalDemo = new FinalDemo();
}
public static void reader() {
FinalDemo demo = finalDemo; // 3.讀對(duì)象引用
int a = demo.a; //4.讀普通域
int b = demo.b; //5.讀final域
}}
假設(shè)線程A在執(zhí)行writer()方法伐脖，線程B執(zhí)行reader()方法。
寫final域重排序規(guī)則
寫final域的重排序規(guī)則禁止對(duì)final域的寫重排序到構(gòu)造函數(shù)之外乐设，這個(gè)規(guī)則的實(shí)現(xiàn)主要包含了兩個(gè)方面：
JMM禁止編譯器把final域的寫重排序到構(gòu)造函數(shù)之外讼庇；
編譯器會(huì)在final域?qū)懼螅瑯?gòu)造函數(shù)return之前近尚，插入一個(gè)storestore屏障（關(guān)于內(nèi)存屏障可以看這篇文章）蠕啄。這個(gè)屏障可以禁止處理器把final域的寫重排序到構(gòu)造函數(shù)之外。
我們?cè)賮矸治鰓riter方法戈锻，雖然只有一行代碼歼跟，但實(shí)際上做了兩件事情：
構(gòu)造了一個(gè)FinalDemo對(duì)象；
把這個(gè)對(duì)象賦值給成員變量finalDemo格遭。
我們來畫下存在的一種可能執(zhí)行時(shí)序圖哈街，如下：
由于a,b之間沒有數(shù)據(jù)依賴性，普通域（普通變量）a可能會(huì)被重排序到構(gòu)造函數(shù)之外拒迅，線程B就有可能讀到的是普通變量a初始化之前的值（零值）骚秦，這樣就可能出現(xiàn)錯(cuò)誤。而final域變量b坪它，根據(jù)重排序規(guī)則骤竹，會(huì)禁止final修飾的變量b重排序到構(gòu)造函數(shù)之外帝牡，從而b能夠正確賦值往毡，線程B就能夠讀到final變量初始化后的值。
因此靶溜，寫final域的重排序規(guī)則可以確保：在對(duì)象引用為任意線程可見之前开瞭，對(duì)象的final域已經(jīng)被正確初始化過了，而普通域就不具有這個(gè)保障罩息。比如在上例嗤详，線程B有可能就是一個(gè)未正確初始化的對(duì)象finalDemo。
讀final域重排序規(guī)則
讀final域重排序規(guī)則為：在一個(gè)線程中瓷炮，初次讀對(duì)象引用和初次讀該對(duì)象包含的final域葱色，JMM會(huì)禁止這兩個(gè)操作的重排序。（注意娘香，這個(gè)規(guī)則僅僅是針對(duì)處理器）苍狰，處理器會(huì)在讀final域操作的前面插入一個(gè)LoadLoad屏障办龄。
實(shí)際上，讀對(duì)象的引用和讀該對(duì)象的final域存在間接依賴性淋昭，一般處理器不會(huì)重排序這兩個(gè)操作俐填。但是有一些處理器會(huì)重排序，因此翔忽，這條禁止重排序規(guī)則就是針對(duì)這些處理器而設(shè)定的英融。
read()方法主要包含了三個(gè)操作：
初次讀引用變量finalDemo;
初次讀引用變量finalDemo的普通域a;
初次讀引用變量finalDemo的final與b;
假設(shè)線程A寫過程沒有重排序，那么線程A和線程B有一種的可能執(zhí)行時(shí)序?yàn)橄聢D：
讀對(duì)象的普通域被重排序到了讀對(duì)象引用的前面就會(huì)出現(xiàn)線程B還未讀到對(duì)象引用就在讀取該對(duì)象的普通域變量歇式，這顯然是錯(cuò)誤的操作驶悟。而final域的讀操作就“限定”了在讀final域變量前已經(jīng)讀到了該對(duì)象的引用，從而就可以避免這種情況贬丛。
讀final域的重排序規(guī)則可以確保：在讀一個(gè)對(duì)象的final域之前撩银，一定會(huì)先讀這個(gè)包含這個(gè)final域的對(duì)象的引用。
4.1.2 final域?yàn)橐妙愋?/strong>
我們已經(jīng)知道了final域是基本數(shù)據(jù)類型的時(shí)候重排序規(guī)則是怎么的了豺憔？如果是引用數(shù)據(jù)類型了额获？我們接著繼續(xù)來探討。
對(duì)final修飾的對(duì)象的成員域?qū)懖僮?/strong>
針對(duì)引用數(shù)據(jù)類型恭应，final域?qū)戓槍?duì)編譯器和處理器重排序增加了這樣的約束：在構(gòu)造函數(shù)內(nèi)對(duì)一個(gè)final修飾的對(duì)象的成員域的寫入抄邀，與隨后在構(gòu)造函數(shù)之外把這個(gè)被構(gòu)造的對(duì)象的引用賦給一個(gè)引用變量，這兩個(gè)操作是不能被重排序的昼榛。
注意這里的是“增加”也就說前面對(duì)final基本數(shù)據(jù)類型的重排序規(guī)則在這里還是使用境肾。這句話是比較拗口的，下面結(jié)合實(shí)例來看胆屿。
public class FinalReferenceDemo {
final int[] arrays;
private FinalReferenceDemo finalReferenceDemo;
public FinalReferenceDemo() {
arrays = new int[1]; //1
arrays[0] = 1; //2
}
public void writerOne() {
finalReferenceDemo = new FinalReferenceDemo(); //3
}
public void writerTwo() {
arrays[0] = 2; //4
}
public void reader() {
if (finalReferenceDemo != null) { //5
int temp = finalReferenceDemo.arrays[0]; //6
}
}}
針對(duì)上面的實(shí)例程序奥喻，線程線程A執(zhí)行wirterOne方法，執(zhí)行完后線程B執(zhí)行writerTwo方法非迹，然后線程C執(zhí)行reader方法环鲤。下圖就以這種執(zhí)行時(shí)序出現(xiàn)的一種情況來討論（耐心看完才有收獲）。
由于對(duì)final域的寫禁止重排序到構(gòu)造方法外憎兽，因此1和3不能被重排序冷离。由于一個(gè)final域的引用對(duì)象的成員域?qū)懭氩荒芘c隨后將這個(gè)被構(gòu)造出來的對(duì)象賦給引用變量重排序，因此2和3不能重排序纯命。
對(duì)final修飾的對(duì)象的成員域讀操作
JMM可以確保線程C至少能看到寫線程A對(duì)final引用的對(duì)象的成員域的寫入西剥，即能看下arrays[0] = 1，而寫線程B對(duì)數(shù)組元素的寫入可能看到可能看不到亿汞。JMM不保證線程B的寫入對(duì)線程C可見瞭空，線程B和線程C之間存在數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)，此時(shí)的結(jié)果是不可預(yù)知的。如果可見的咆畏，可使用鎖或者volatile图甜。
關(guān)于final重排序的總結(jié)
按照final修飾的數(shù)據(jù)類型分類：
基本數(shù)據(jù)類型:
final域?qū)懀?/strong>禁止final域?qū)懪c構(gòu)造方法重排序，即禁止final域?qū)懼嘏判虻綐?gòu)造方法之外鳖眼，從而保證該對(duì)象對(duì)所有線程可見時(shí)黑毅，該對(duì)象的final域全部已經(jīng)初始化過。
final域讀：禁止初次讀對(duì)象的引用與讀該對(duì)象包含的final域的重排序钦讳。
引用數(shù)據(jù)類型：
額外增加約束：禁止在構(gòu)造函數(shù)對(duì)一個(gè)final修飾的對(duì)象的成員域的寫入與隨后將這個(gè)被構(gòu)造的對(duì)象的引用賦值給引用變量 重排序
5.final的實(shí)現(xiàn)原理
上面我們提到過矿瘦，寫final域會(huì)要求編譯器在final域?qū)懼螅瑯?gòu)造函數(shù)返回前插入一個(gè)StoreStore屏障愿卒。讀final域的重排序規(guī)則會(huì)要求編譯器在讀final域的操作前插入一個(gè)LoadLoad屏障缚去。
很有意思的是，如果以X86處理為例琼开，X86不會(huì)對(duì)寫-寫重排序易结，所以StoreStore屏障可以省略。由于不會(huì)對(duì)有間接依賴性的操作重排序柜候，所以在X86處理器中搞动，讀final域需要的LoadLoad屏障也會(huì)被省略掉。也就是說渣刷，以X86為例的話鹦肿，對(duì)final域的讀/寫的內(nèi)存屏障都會(huì)被省略！具體是否插入還是得看是什么處理器辅柴。
6. 為什么final引用不能從構(gòu)造函數(shù)中“溢出”
這里還有一個(gè)比較有意思的問題：上面對(duì)final域?qū)懼嘏判蛞?guī)則可以確保我們?cè)谑褂靡粋€(gè)對(duì)象引用的時(shí)候該對(duì)象的final域已經(jīng)在構(gòu)造函數(shù)被初始化過了箩溃。
但是這里其實(shí)是有一個(gè)前提條件的，也就是：在構(gòu)造函數(shù)碌嘀，不能讓這個(gè)被構(gòu)造的對(duì)象被其他線程可見涣旨，也就是說該對(duì)象引用不能在構(gòu)造函數(shù)中“逸出”。以下面的例子來說：
public class FinalReferenceEscapeDemo {
private final int a;
private FinalReferenceEscapeDemo referenceDemo;
public FinalReferenceEscapeDemo() {
a = 1; //1
referenceDemo = this; //2
}
public void writer() {
new FinalReferenceEscapeDemo();
} public void reader() {
if (referenceDemo != null) { //3
int temp = referenceDemo.a; //4
}
}
}
可能的執(zhí)行時(shí)序如圖所示：
假設(shè)一個(gè)線程A執(zhí)行writer方法另一個(gè)線程執(zhí)行reader方法股冗。因?yàn)闃?gòu)造函數(shù)中操作1和2之間沒有數(shù)據(jù)依賴性霹陡，1和2可以重排序，先執(zhí)行了2魁瞪，這個(gè)時(shí)候引用對(duì)象referenceDemo是個(gè)沒有完全初始化的對(duì)象穆律，而當(dāng)線程B去讀取該對(duì)象時(shí)就會(huì)出錯(cuò)惠呼。
盡管依然滿足了final域?qū)懼嘏判蛞?guī)則：在引用對(duì)象對(duì)所有線程可見時(shí)导俘，其final域已經(jīng)完全初始化成功。但是剔蹋，引用對(duì)象“this”逸出旅薄，該代碼依然存在線程安全的問題。
原創(chuàng)： Java菜鳥奮斗史 [Java知音] https://mp.weixin.qq.com/s/e6Z0U9zdqUiuNXycdyV_PQ
