摘要：寫域重排序規(guī)則寫域的重排序規(guī)則禁止對(duì)域的寫重排序到構(gòu)造函數(shù)之外，這個(gè)規(guī)則的實(shí)現(xiàn)主要包含了兩個(gè)方面禁止編譯器把域的寫重排序到構(gòu)造函數(shù)之外編譯器會(huì)在域?qū)懼?，?gòu)造函數(shù)之前，插入一個(gè)屏障。結(jié)論只有當(dāng)構(gòu)造函數(shù)返回時(shí)，引用才應(yīng)該從線程中逸出。

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，比如String類就是一個(gè)final類型的類。

final能夠修飾變量，方法和類，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，方法和類分別介紹。

public class FinalExample {    //聲明變量的時(shí)候，就進(jìn)行初始化
    private final int num=6;    //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
    // private final String str; //編譯錯(cuò)誤：因?yàn)榉庆o態(tài)變量不可以在靜態(tài)初始化快中賦初值
    private final static String name;    private final double score;    private final char ch;    //private final char ch2;//編譯錯(cuò)誤:TODO：因?yàn)闆](méi)有在構(gòu)造器、初始化代碼塊和聲明時(shí)賦值
    
    {        //實(shí)例變量在初始化代碼塊賦初值
        ch=a;
    }    
    static {
        name="aaaaa";
    }    
    public FinalExample(){        //num=1;編譯錯(cuò)誤：已經(jīng)賦值后，就不能再修改了
        score=90.0;
    }    
    public void ch2(){        //ch2=c;//編譯錯(cuò)誤：實(shí)例方法無(wú)法給final變量賦值
    }
}

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

實(shí)例變量：必要要在非靜態(tài)初始化塊，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

final局部變量由程序員進(jìn)行顯式初始化， 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， 如果final變量未進(jìn)行初始化，可以進(jìn)行賦值，當(dāng)且僅有一次賦值，一旦賦值之后再次賦值就會(huì)出錯(cuò)。

public void test(){    final int a=1;    //a=2;//編譯錯(cuò)誤：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}

final基本數(shù)據(jù)類型 VS final引用數(shù)據(jù)類型

如果final修飾的是一個(gè)基本數(shù)據(jù)類型的數(shù)據(jù)，一旦賦值后就不能再次更改， 那么，如果final是引用數(shù)據(jù)類型了？這個(gè)引用的對(duì)象能夠改變嗎？

public class FinalExample2 {    private static class Person {        private String name;        private int age;        public void setName(String name) {            this.name = name;
        }        public String getName() {            return name;
        }        public void setAge(int age) {            this.age = age;
        }        public int getAge() {            return age;
        }        public Person(String name, int age) {            this.name=name;            this.age = age;
        }        @Override
        public String toString() {            StringBuilder res=new StringBuilder();
            res.append("[").append("name="+name+",age="+age).append("]");            return res.toString();
        }
    }    private static final Person person=new Person("小李子",23);    public static void main(String[] args) {        System.out.println(person);
        person.setAge(24);        System.out.println(person);
    }
}

輸出結(jié)果：

[name=小李子,age=23]
[name=小李子,age=24]

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24，是可以成功操作的。 通過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)我們就可以看出來(lái)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， 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，它僅僅保存的是一個(gè)引用，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，但這個(gè)對(duì)象屬性是可以改變的。

宏變量

利用final變量的不可更改性，在滿足以下三個(gè)條件時(shí)，該變量就會(huì)成為一個(gè)“宏變量”，即是一個(gè)常量。

使用final修飾符修飾

在定義該final變量時(shí)就指定了初始值；

該初始值在編譯時(shí)就能夠唯一確定

注意：當(dāng)程序中其他地方使用該宏變量的地方，編譯器會(huì)直接替換成該變量的值。

重寫(Override)

被final修飾的方法不能夠被子類所重寫。 比如在Object中，getClass()方法就是final的，我們就不能重寫該方法， 但是hashCode()方法就不是被final所修飾的，我們就可以重寫hashCode()方法。

重載(Overload)

被final修飾的方法是可以重載的

當(dāng)一個(gè)類被final修飾時(shí)，該類是不能被子類繼承的。 子類繼承往往可以重寫父類的方法和改變父類屬性，會(huì)帶來(lái)一定的安全隱患， 因此，當(dāng)一個(gè)類不希望被繼承時(shí)就可以使用final修飾。

不可變類

final經(jīng)常會(huì)被用作不變類上。我們先來(lái)看看什么是不可變類：

使用private和final修飾符來(lái)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

僅為該類的成員變量提供getter方法，不提供setter方法，因?yàn)槠胀ǚ椒o(wú)法修改fina修飾的成員變量

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。

JDK中提供的八個(gè)包裝類和String類都是不可變類。

public class FinalDemo {    private int a;  //普通域
    private final int b; //final域-->int基本類型
    private static FinalDemo finalDemo;//引用類型，但不是final修飾的

    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，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，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

編譯器會(huì)在final域?qū)懼?，?gòu)造函數(shù)return之前，插入一個(gè)StoreStore屏障。 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。 (參見(jiàn) StoreStore Barriers的說(shuō)明：在Store1;Store2之間插入StoreStore，確保Store1對(duì) 其他處理器可見(jiàn)(刷新內(nèi)存)先于Store2及所有后續(xù)存儲(chǔ)指令的存儲(chǔ))

writer方法中，實(shí)際上做了兩件事：

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

可能的執(zhí)行時(shí)序圖如下：

a,b之間沒(méi)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， 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），這樣就可能出現(xiàn)錯(cuò)誤。

final域變量b，根據(jù)重排序規(guī)則，會(huì)禁止final修飾的變量b重排序到構(gòu)造函數(shù)之外，從而b能夠正確賦值， 線程B就能夠讀到final變量初始化后的值。

因此，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(jiàn)之前，對(duì)象的final域已經(jīng)被正確初始化過(guò)了。 普通域不具有這個(gè)保障，比如在上例，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:在一個(gè)線程中，初次讀對(duì)象引用和初次讀該對(duì)象包含的final域，JMM會(huì)禁止這兩個(gè)操作的重排序。 （注意，這個(gè)規(guī)則僅僅是針對(duì)處理器）， 處理器會(huì)在讀final域操作的前面插入一個(gè)LoadLoad屏障。 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，一般處理器不會(huì)重排序這兩個(gè)操作。 但是有一些處理器會(huì)重排序，因此，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。

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域b

假設(shè)線程A寫過(guò)程沒(méi)有重排序，那么線程A和線程B有一種的可能執(zhí)行時(shí)序如下：

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，這顯然是錯(cuò)誤的操作。

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。

因此，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，一定會(huì)先讀這個(gè)包含這個(gè)final域的對(duì)象的引用。

public class FinalReferenceDemo {    final int[] arrays; //arrays是引用類型
    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
        }
    }
}

對(duì)final修飾的對(duì)象的成員域進(jìn)行寫操作

針對(duì)引用數(shù)據(jù)類型，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，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。 注意這里的是“增加”也就說(shuō)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。

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，線程C執(zhí)行reader方法。 下圖就以這種執(zhí)行時(shí)序出現(xiàn)的一種情況來(lái)討論：

對(duì)final域的寫禁止重排序到構(gòu)造方法外，因此1和3不能被重排序。 由于一個(gè)final域的引用對(duì)象的成員域?qū)懭氩荒芘c在構(gòu)造函數(shù)之外將這個(gè)被構(gòu)造出來(lái)的對(duì)象賦給引用變量重排序， 因此2和3不能重排序。

對(duì)final修飾的對(duì)象的成員域進(jìn)行讀操作

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，即能看到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。 JMM不保證線程B的寫入對(duì)線程C可見(jiàn)，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。 如果想要可見(jiàn)，可使用鎖或者volatile。

final重排序的總結(jié)

對(duì)象溢出：一種錯(cuò)誤的發(fā)布，當(dāng)一個(gè)對(duì)象還沒(méi)有構(gòu)造完成時(shí)，就使它被其他線程所見(jiàn)。

/*** 對(duì)象溢出示例*/public class ThisEscape {
　　public ThisEscape(EventSource source) {
　　　　source.registerListener(new EventListener() {
　　　　　　public void onEvent(Event e) {
　　　　　　　　doSomething(e);
　　　　　　}
　　　　});
　　}
 
　　void doSomething(Event e) {
　　}
}

這將導(dǎo)致this逸出，所謂逸出，就是在不該發(fā)布的時(shí)候發(fā)布了一個(gè)引用。

在這個(gè)例子里面，當(dāng)我們實(shí)例化ThisEscape對(duì)象時(shí)，會(huì)調(diào)用source的registerListener方法， 這時(shí)便啟動(dòng)了一個(gè)線程，而且這個(gè)線程持有了ThisEscape對(duì)象（調(diào)用了對(duì)象的doSomething方法）， 但此時(shí)ThisEscape對(duì)象卻沒(méi)有實(shí)例化完成（還沒(méi)有返回一個(gè)引用），所以我們說(shuō)， 此時(shí)造成了一個(gè)this引用逸出，即還沒(méi)有完成的實(shí)例化ThisEscape對(duì)象的動(dòng)作，卻已經(jīng)暴露了對(duì)象的引用。

正確構(gòu)造過(guò)程：

public class SafeListener {
　　private final EventListener listener;
 
　　private SafeListener() {
　　　　listener = new EventListener() {
　　　　　　public void onEvent(Event e) {
　　　　　　　　doSomething(e);
　　　　　　}
　　　　};
　　}
 
　　public static SafeListener newInstance(EventSource source) {
　　　　SafeListener safe = new SafeListener();
　　　　source.registerListener(safe.listener);
　　　　return safe;
　　}
 
　　void doSomething(Event e) {
　　}

當(dāng)構(gòu)造好了SafeListener對(duì)象（通過(guò)構(gòu)造器構(gòu)造）之后， 我們才啟動(dòng)了監(jiān)聽(tīng)線程，也就確保了SafeListener對(duì)象是構(gòu)造完成之后再使用的SafeListener對(duì)象。

結(jié)論：

只有當(dāng)構(gòu)造函數(shù)返回時(shí)，this引用才應(yīng)該從線程中逸出。

構(gòu)造函數(shù)可以將this引用保存到某個(gè)地方，只要其他線程不會(huì)在構(gòu)造函數(shù)完成之前使用它。

寫final域會(huì)要求編譯器在final域?qū)懼?，?gòu)造函數(shù)返回前插入一個(gè)StoreStore屏障。

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。

如果以X86處理為例，X86不會(huì)對(duì)寫-寫重排序，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，所以在X86處理器中，讀final域需要的LoadLoad屏障也會(huì)被省略掉。 也就是說(shuō)，以X86為例的話，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。

注意：

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(guò)了。 但是這里其實(shí)是有一個(gè)前提條件： 在構(gòu)造函數(shù)，不能讓這個(gè)被構(gòu)造的對(duì)象被其他線程可見(jiàn)，也就是說(shuō)該對(duì)象引用不能在構(gòu)造函數(shù)中“溢出”。

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
        }
    }
}

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。因?yàn)闃?gòu)造函數(shù)中操作1和2之間沒(méi)有數(shù)據(jù)依賴性，1和2可以重排序，先執(zhí)行了2，這個(gè)時(shí)候引用對(duì)象referenceDemo是個(gè)沒(méi)有完全初始化的對(duì)象，而當(dāng)線程B去讀取該對(duì)象時(shí)就會(huì)出錯(cuò)。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(jiàn)時(shí)，其final域已經(jīng)完全初始化成功。 但是，引用對(duì)象“this”逸出，該代碼依然存在線程安全的問(wèn)題。