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final域的内存语义

时间:2020-08-25 22:04:55      阅读:103      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

参考地址:https://blog.csdn.net/dam454450872/article/details/80385520

1.final域的的重排序规则

对应final域,编译器和处理器需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--对应写final域

②初次读一个包含final域的对象的引用,域随后初次读这个final域,这两个操作之间不能重排序--对应读final域

实例代码:

public class FinalExample {

    int i;                      // 普通变量

    final int j;                // final变量

    static 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

    }

}

假设一个线程A执行writer()方法,随后另一个线程执行B执行reader()方法,通过两个线程的交互说明上面的两个规则。

2.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。

具体包含两个方面:

①JMM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StoreStore屏障。该屏障禁止处理器把final域的写重排序到构造函数之外。

看write()方法,只包含一行代码 finalExample = new FinalExample()。这一行代码包含两个步骤:

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(FinalExample object = obj)与读对象的成员域之间(int a = object.i;int b = object.j)没有重排序,下面的图是一种可能的执行时序:

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从上面可能的时序图中我们可以看到,写普通域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。写final域的操作,被写final域的重排序规则“限制”到了构造函数之内,读线程B正确读取了final变量初始化之后的值。

即读线程B读取对象引用obj时,obj很可能没有构造完成,对普通域i的写操作被重排序到构造函数之外,初始值1还没有被写入到普通域i。

总结: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域已经被正常的初始化了,而普通域不具有这样的保证。

3.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(Java的并发采用的是共享内存模型)禁止处理器重排序这两个操作(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。

初次读对象的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。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,但有个别处理器允许对存在间接依赖关系的操作做重排序(如alpha处理器),所以说这个读final域的重排序规则就是专门针对这种处理器。

reader()方法包含3个步骤:

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 i

③初次读引用变量obj指向对象的final域 j

 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,则下图是一种可能的时序:

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从上图可以看出,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,该域还没有被线程A写入,所以上面的是一个错误的读取操作。但是读final域的重排序规则把读对象final域的操作“限定”在读对象引用之后,该final域已经被A线程初始化了,是一个正确的读取操作。

小结: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。

4.final域为引用类型

下面说一下final域是引用类型的情况

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];         // 1

        intArray[0] = 1;               // 2

    }

    public static void writerOne() {   // 写线程A执行

        obj = new FinalReferenceExample();// 3

    }

    public static void writeTwo() {     // 写线程B执行

        obj.intArray[0] = 2;            // 4

    }

    public static void reader() {       // 读线程C执行

        if (obj != null) {              // 5

            int temp1 = obj.intArray[0];// 6

        }

    }

}

本例final域为数组的引用类型,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,这两操作之间不能进行重排序。

假设线程A执行writeOne()方法,执行完成后线程B执行writeTwo()方法,执行完成后线程C执行reader()方法,下图是一种坑你的时序:

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在上图中,1是对final域的写入,2是对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1和3,2和3都不能重排序。JMM可以保证读线程C至少能看到写线程A在构造函数中国对final引用对象的成员域的写入。即线程C至少能看到数组下标0的值为1。线程B对数组元素的写入,读线程C不一定能保证看到。要想保证读线程C看到线程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)保证内存可见性。

5.为什么final引用不能从构造函数内“逸出”

通过上面的介绍,我们知道:写final域的重排序规则可以确保:在引用变量为任意线程课件之前,读引用变量的指向的对象的final域已经在构造函数中被正确初始化了。但是这里面,还需要另外一点的保证:在构造函数内部,不能让这个被构造对象的引用为其他线程所见,即对象引用不能再构造函数中“逸出”。

public class FinalReferenceEscapeExample {

    final int i;

    static FinalReferenceEscapeExample obj;

    public FinalReferenceEscapeExample() {

        i = 1;                 // 1 写final域

        obj = this;            // 2 this引用在此”逸出“

    }

    public static void writer() {

        new FinalReferenceEscapeExample();

    }

    public static void reader() {

        if (obj != null) {              // 3

            int temp = obj.i;           // 4

        }

    }

}

假设线程A执行writer()方法,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被线程B可见。即使操作2放到了构造函数的最后一步,且在程序中操作2排在了1后面,执行reader()方法的线程仍可能无法看到final域被初始化后的值,因为操作1和操作2可能被重排序。

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从上面的图可以看出:在构造函数返回前,被构造对象的引用不能为其他线程所见,因为此时的final域可能还没有被初始化。在构造函数返回后,任意线程都保证能看到final域正确初始化后的值。

6.final语义在处理器中的实现

上面介绍了 写final域的重排序规则会要求编译器在final域的写入后,构造函数返回之前插入一个StoreStore屏障。读final域的重排序规则要求编译器在读final域的操作前插入一个LoadLoad屏障。但X86处理器不会对 写-写操作做重排序,所以StoreStore屏障被省略。X86处理器不会对存在间接依赖关系的操作做重排序,所以读final域需要的LoadLoad屏障也会被省略。即x86处理器,final域的读写不会插入任何内存屏障。

7.JSR-133为什么要加强final的语义

插曲:JSR-133即JDK5开始。

在旧的JMM中,有个弊端是线程可能看到final域的值会改变。比如一个线程当前看到一个整形final域的值为0(还未初始化之前的默认值),过一段时间这个线程再读取这个final值,发现为1(被某个线程初始化之后的值),作者举了个例子是在旧的JMM中String的值可能会改变。

所以JSR-133的专家们增强了final的语义,通过给final域增加写和读重排序规则,可以提供初始化安全保证:只要对象时正确构造的(被构造对象的引用在构造函数中没有“逸出”),就不需要使用同步就可以保证在任意线程都能看到这个final域在构造函数中被初始化后的值。

final域的内存语义

原文:https://www.cnblogs.com/ltycomeon/p/13562104.html

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