final实现原理
简介
final关键字,实际的含义就一句话,不可改变。什么是不可改变?就是初始化完成之后就不能再做任何的修改,修饰成员变量的时候,成员变量变成一个常数;修饰方法的时候,方法不允许被重写;修饰类的时候,类不允许被继承;修饰参数列表的时候,入参的对象也是不可以改变。这个就是不可变,无论是引用新的对象,重写还是继承,都是改变的方法,而final就是把这个变更的路给堵死
用法
final修饰变量
- final成员变量表示常量,只能被赋值一次,赋值后值不再改变(final要求地址值不能改变)
- 当final修饰一个基本数据类型时,表示该基本数据类型的值一旦在初始化后便不能发生变化;
- 如果final修饰一个引用类型时,则在对其初始化之后便不能再让其指向其他对象了,但该引用所指向的对象的内容是可以发生变化的。本质上是一回事,因为引用的值是一个地址,final要求值,即地址的值不发生变化。
- final修饰一个成员变量(属性),必须要显示初始化。这里有两种初始化方式。
- 一种是在变量声明的时候初始化。
- 第二种方法是在声明变量的时候不赋初值,但是要在这个变量所在的类的所有的构造函数中对这个变量赋初值。
final修饰方法
使用final方法的原因有两个。
- 第一个原因是把方法锁定,以防任何继承类修改它的含义,不能被重写;
- 第二个原因是效率,final方法比非final方法要快,因为在编译的时候已经静态绑定了,不需要在运行时再动态绑定。
注:类的private方法会隐式地被指定为final方法
final修饰类
当用final修饰一个类时,表明这个类不能被继承。
final类中的成员变量可以根据需要设为final,但是要注意final类中的所有成员方法都会被隐式地指定为final方法。
在使用final修饰类的时候,要注意谨慎选择,除非这个类真的在以后不会用来继承或者出于安全的考虑,尽量不要将类设计为final类。
final关键字的好处
- final关键字提高了性能。JVM和Java应用都会缓存final变量。
- final变量可以安全的在多线程环境下进行共享,而不需要额外的同步开销。
- 使用final关键字,JVM会对方法、变量及类进行优化。
注意事项
- final关键字可以用于成员变量、本地变量、方法以及类。
- final成员变量必须在声明的时候初始化或者在构造器中初始化,否则就会报编译错误。
- 你不能够对final变量再次赋值。
- 本地变量必须在声明时赋值。
- 在匿名类中所有变量都必须是final变量。
- final方法不能被重写。
- final类不能被继承。
- final关键字不同于finally关键字,后者用于异常处理。
- final关键字容易与finalize()方法搞混,后者是在Object类中定义的方法,是在垃圾回收之前被JVM调用的方法。
- 接口中声明的所有变量本身是final的。
- final和abstract这两个关键字是反相关的,final类就不可能是abstract的。
- final方法在编译阶段绑定,称为静态绑定(static binding)。
- 没有在声明时初始化final变量的称为空白final变量(blank final variable),它们必须在构造器中初始化,或者调用this()初始化。不这么做的话,编译器会报错“final变量(变量名)需要进行初始化”。
- 将类、方法、变量声明为final能够提高性能,这样JVM就有机会进行估计,然后优化。
- 按照Java代码惯例,final变量就是常量,而且通常常量名要大写。
- 对于集合对象声明为final指的是引用不能被更改,但是你可以向其中增加,删除或者改变内容。
原理
内存语义
写内存语义可以确保在对象的引用为任意线程可见之前,final 域已经被初始化过了。
读内存语义可以确保如果对象的引用不为 null,则说明 final 域已经被初始化过了。
总之,final 域的内存语义提供了初始化安全保证。
- 写内存语义:在构造函数内对一个 final 域的写入,与随后将对象引用赋值给引用变量,这两个操作不能重排序。
- 读内存语义: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,这两个操作不能重排序。
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