与前面介绍的锁和volatile相比,对final域的读和写更像是普通恶的变量访问。
final域的重排序规则
对于final域,编译器和处理器要遵守两个重排序规则。
1)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。
2)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 state FinalExample obj; public 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 }}
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。
1)JMM禁止编译器把final域的写重排序到构造函数之外。
2)编译器会在final域的写之后,构造函数return之前,插入一个StroeStore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。write()方法只包含一行代码:finalExample = new FinalExample()
。这行代码包含两个步骤,如下:
1)构造一个FinalExample类型的对象。
2)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,下图是一种可能的执行时序:
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错误地读取了普通变量i初始化之前的值。而写final域的操作,被写final的重排序规则“限定”在了构造函数之内,读线程B正确地读取了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。
读final域的重排序规则
读final域的重排序规则是,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3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,下图所示是一种可能的执行时序。
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。
final域为引用类型
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:在构造函数之内对一个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。