深入理解 Java final 变量的内存模型

 2019-12-10 16:01  阅读(980)
文章分类:Java Core

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对于 final 域,编译器和处理器要遵守两个重排序规则:

  • 在构造函数内对一个 final 域的写,与随后把这个构造对象的引用赋值给一个变量,这两个操作之间不能重排序
  • 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

举个例子:

1234567891011121314151617181920 publicclassFinalExample{    inti;//普通变量    finalintj;//final变量    staticFinalExampleobj;     publicFinalExample(){        i=1;//写普通域        j=2;//写final域    }     publicstaticvoidwriter(){//写线程A执行        obj=newFinalExample();    }     publicstaticvoidreader(){//读线程B执行        FinalExampleobject=obj;        inta=object.i;        intb=object.j;    }}
1234567891011121314151617181920 publicclassFinalExample{    inti;//普通变量    finalintj;//final变量    staticFinalExampleobj;     publicFinalExample(){        i=1;//写普通域        j=2;//写final域    }     publicstaticvoidwriter(){//写线程A执行        obj=newFinalExample();    }     publicstaticvoidreader(){//读线程B执行        FinalExampleobject=obj;        inta=object.i;        intb=object.j;    }}

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。

写 final 域的重排序规则

在写 final 域的时候有两个规则:

  • JMM 禁止编译器把 final 域的写重排序到构造函数之外
  • 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。

分析上面的代码。

write 方法,只包含一行 obj = new FinalExample();,但是包含两个步骤:

  • 构造一个 FinalExample 对象
  • 把对象的引用赋值给 obj

假设线程 B 当中读 obj 与读成员域之间没有重排序。那么执行时序可能如下:

20191210001498\_1.png

写 final 域的重排序规则可以确保:在对象引用为任意线程可见之前,对象的 final 域已经被正确初始化过了,而普通域不具有这个保障。

读 final 域的重排序规则

读 final 域的重排序规则如下:

  • 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(注意,这个规则仅仅针对处理器)。编译器会在读 final 域操作的前面插入一个 LoadLoad 屏障。

reader() 方法包含三个操作:

  1. 初次读引用变量 obj;
  2. 初次读引用变量 obj 指向对象的普通域 j。
  3. 初次读引用变量 obj 指向对象的 final 域 i。

现在我们假设写线程 A 没有发生任何重排序,那么执行时序可能是:

20191210001498\_2.png

上面的图可以看到对普通变量 i 的读取重排序到了读对象引用之前,在读普通域时候,该域还没被写线程 A 写入,这是一个错误的读取操作。而读 final 域已经被 A 线程初始化了,这个读取操作是正确的。

读 final 域的重排序规则可以确保:在读一个对象的 final 域之前,一定会先读包含 这个 final 域的对象的引用。在这个示例程序中,如果该引用不为 null,那么引用 对象的 final 域一定已经被 A 线程初始化过了。

如果 final 域是引用类型

如果 final 域是引用类型,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。

如下代码例子:

12345678910111213141516171819 publicclassFinalReferenceExample{    finalint[]intArray;    staticFinalReferenceExampleobj;     publicFinalReferenceExample(){        intArray=newint[1];//1        intArray[0]=1;//2    }     publicstaticvoidwriterOne(){//A线程执行        obj=newFinalReferenceExample();//3    }     publicstaticvoidreader(){//写线程B执行        if(obj!=null){//4            inttemp1=obj.intArray[0];//5        }    }}
12345678910111213141516171819 publicclassFinalReferenceExample{    finalint[]intArray;    staticFinalReferenceExampleobj;     publicFinalReferenceExample(){        intArray=newint[1];//1        intArray[0]=1;//2    }     publicstaticvoidwriterOne(){//A线程执行        obj=newFinalReferenceExample();//3    }     publicstaticvoidreader(){//写线程B执行        if(obj!=null){//4            inttemp1=obj.intArray[0];//5        }    }}

假设首先线程 A 执行 writerOne()方法,执行完后线程 B 执行reader 方法,JMM 可以确保读线程 B 至少能看到写线程 A 在构造函数中对 final 引用对象的成员域的写入。

避免对象引用在构造函数当中溢出

代码如下:

12345678910111213141516171819 publicclassFinalReferenceEscapeExample{    finalinti;    staticFinalReferenceEscapeExampleobj;     publicFinalReferenceEscapeExample(){        i=1;//1        obj=this;//2避免怎么做!!!    }     publicstaticvoidwriter(){        newFinalReferenceEscapeExample();    }     publicstaticvoidreader(){        if(obj!=null){//3            inttemp=obj.i;//4        }    }}
12345678910111213141516171819 publicclassFinalReferenceEscapeExample{    finalinti;    staticFinalReferenceEscapeExampleobj;     publicFinalReferenceEscapeExample(){        i=1;//1        obj=this;//2避免怎么做!!!    }     publicstaticvoidwriter(){        newFinalReferenceEscapeExample();    }     publicstaticvoidreader(){        if(obj!=null){//3            inttemp=obj.i;//4        }    }}

假设一个线程 A 执行 writer()方法,另一个线程 B 执行 reader()方法。

这里的操作 2 使得对象还未完成构造前就为线程 B 可见。即使这里的操作 2 是构造函数的最后 一步,且即使在程序中操作 2 排在操作 1 后面,执行 read()方法的线程仍然可能无 法看到 final 域被初始化后的值,因为这里的操作 1 和操作 2 之间可能被重排序。

在构造函数返回前,被构造对象的引用不能为其他线程可 见,因为此时的 final 域可能还没有被初始化。在构造函数返回后,任意线程都将 保证能看到 final 域正确初始化之后的值。

【参考资料】

深入理解java内存模型

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