Java基础5-一文了解final关键字的特性、使用方法,以及实现原理(一):https://developer.aliyun.com/article/1535637
如何保证数组内部不被修改
那可能有的同学就会问了,加上final关键字不能保证数组不会被外部修改,那有什么方法能够保证呢?答案就是降低访问级别,把数组设为private。这样的话,就解决了数组在外部被修改的不安全性,但也产生了另一个问题,那就是这个数组要被外部使用的。 复制代码
解决这个问题见代码:
import java.util.AbstractList; import java.util.List; public class Final { public static void main(String[] args) { for (String color : Color.color) System.out.print(color + " "); Color.color.set(3, "white"); } } class Color { private static String[] _color = { "red", "blue", "yellow", "black" }; public static List<String> color = new AbstractList<String>() { @Override public String get(int index) { return _color[index]; } @Override public String set(int index, String value) { throw new RuntimeException("为了代码安全,不能修改数组"); } @Override public int size() { return _color.length; } }; 复制代码
} 复制代码
final方法的三条规则
规则1:final修饰的方法不可以被重写。
规则2:final修饰的方法仅仅是不能重写,但它完全可以被重载。
规则3:父类中private final方法,子类可以重新定义,这种情况不是重写。
代码示例
规则1代码 public class FinalMethodTest { public final void test(){} } class Sub extends FinalMethodTest { // 下面方法定义将出现编译错误,不能重写final方法 public void test(){} } 规则2代码 public class Finaloverload { //final 修饰的方法只是不能重写,完全可以重载 public final void test(){} public final void test(String arg){} } 规则3代码 public class PrivateFinalMethodTest { private final void test(){} } class Sub extends PrivateFinalMethodTest { // 下面方法定义将不会出现问题 public void test(){} } 复制代码
final 和 jvm的关系
与前面介绍的锁和 volatile 相比较,对 final 域的读和写更像是普通的变量访问。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。
- 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,我们通过一些示例性的代码来分别说明这两个规则:
public class FinalExample {int i; // 普通变量final int j; //final 变量static FinalExample obj; public void 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 } 复制代码 }
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。
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下面 2 个方面:
- 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。
现在让我们分析 writer () 方法。writer () 方法只包含一行代码:finalExample = new FinalExample ()。这行代码包含两个步骤:
- 构造一个 FinalExample 类型的对象;
- 把这个对象的引用赋值给引用变量 obj。
假设线程 B 读对象引用与读对象的成员域之间没有重排序(马上会说明为什么需要这个假设),下图是一种可能的执行时序:
在上图中,写普通域的操作被编译器重排序到了构造函数之外,读线程 B 错误的读取了普通变量 i 初始化之前的值。而写 final 域的操作,被写 final 域的重排序规则“限定”在了构造函数之内,读线程 B 正确的读取了 final 变量初始化之后的值。
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。以上图为例,在读线程 B“看到”对象引用 obj 时,很可能 obj 对象还没有构造完成(对普通域 i 的写操作被重排序到构造函数外,此时初始值 2 还没有写入普通域 i)。
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。
初次读对象引用与初次读该对象包含的 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。大多数处理器也会遵守间接依赖,大多数处理器也不会重排序这两个操作。但有少数处理器允许对存在间接依赖关系的操作做重排序(比如 alpha 处理器),这个规则就是专门用来针对这种处理器。
reader() 方法包含三个操作:
- 初次读引用变量 obj;
- 初次读引用变量 obj 指向对象的普通域 j。
- 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,同时程序在不遵守间接依赖的处理器上执行,下面是一种可能的执行时序:
在上图中,读对象的普通域的操作被处理器重排序到读对象引用之前。读普通域时,该域还没有被写线程 A 写入,这是一个错误的读取操作。而读 final 域的重排序规则会把读对象 final 域的操作“限定”在读对象引用之后,此时该 final 域已经被 A 线程初始化过了,这是一个正确的读取操作。
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
上面我们看到的 final 域是基础数据类型,下面让我们看看如果 final 域是引用类型,将会有什么效果?
请看下列示例代码:
public class FinalReferenceExample {final int[] intArray; //final 是引用类型static FinalReferenceExample obj; public FinalReferenceExample () { // 构造函数intArray = new int[1]; //1intArray[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) { //5int temp1 = obj.intArray[0]; //6}}}
这里 final 域为一个引用类型,它引用一个 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的引用赋值给一个引用变量,这两个操作之间不能重排序。
对上面的示例程序,我们假设首先线程 A 执行 writerOne() 方法,执行完后线程 B 执行 writerTwo() 方法,执行完后线程 C 执行 reader () 方法。下面是一种可能的线程执行时序:
在上图中,1 是对 final 域的写入,2 是对这个 final 域引用的对象的成员域的写入,3 是把被构造的对象的引用赋值给某个引用变量。这里除了前面提到的 1 不能和 3 重排序外,2 和 3 也不能重排序。
JMM 可以确保读线程 C 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。即 C 至少能看到数组下标 0 的值为 1。而写线程 B 对数组元素的写入,读线程 C 可能看的到,也可能看不到。JMM 不保证线程 B 的写入对读线程 C 可见,因为写线程 B 和读线程 C 之间存在数据竞争,此时的执行结果不可预知。
如果想要确保读线程 C 看到写线程 B 对数组元素的写入,写线程 B 和读线程 C 之间需要使用同步原语(lock 或 volatile)来确保内存可见性。