Java雜談5——關鍵字final與volatile

Final關鍵字

　　在Java語言中，隨着語境的不一樣final關鍵字所表明的語義會有一些細微的差別。總的來講，final關鍵字表達的含義是「禁止修改」，這層有點相似於C++中的const關鍵字。之因此要採用final關鍵字，通常是會出於性能和設計層面的考慮。下文會具體討論final關鍵字在不一樣語境中的具體用法。

Final + 屬性

　　用final關鍵字修飾的屬性，對於Java編譯器來講就是一個「常量」。其特色是：1.具體的值在編譯期間就已經被肯定；2.在運行時不能再被修改。基於以上兩個特色，咱們分別分析一下Java中具體的基本類型和引用類型：

　　對於基本類型，其自己就存放於虛擬機棧內部，因爲這些基本類型都是與底層數據類型直接對應的，一些肯定的計算過程能夠直接在編譯期完成，優化了運行期的執行效率。

　　對於引用類型，咱們已知引用自己其實也是存放於虛擬機棧中，final關鍵字只限制了對這個引用的更改，並不會限制對引用所指的實例化對象的變動。

綜上所述，咱們能夠看出，final關鍵在修飾屬性時，不論屬性類型，限制修改的範圍是固定在虛擬機棧內部的存儲。

空白（blank）final

　　一個final屬性能夠定義的時候不賦予初始的值，可是在其實際使用以前一定須要被初始化，一般final屬性的初始化，只會位於構造函數中或者屬性定義時的表達式表達式。

Final+方法

　　若是一個方法若是被聲明爲final類型，包含了兩層含義：1.這個方法不能再被重寫（即方法自己不能再被修改）；2.方法的調用過程採用內嵌機制，更爲高效（節約了入棧出棧的開銷，更爲高效，此時的final語義上有點相似於c++中的inline函數）。

　　須要注意的是，private關鍵字是不能和final連用的。若是一個父類包含了private final修飾的方法，根據private關鍵字的語義，子類中應該是能夠從新定義一個與父類中對應方法簽名一直的方法，可是final關鍵字的語義有說明了這個方法是不能被重寫的，產生了歧義。

Final修飾的形參

　　若是一個方法的形參用final關鍵字修飾，表示的含義就是在這個方法內部，這個形參的值是不能被修改的。有點相似於final屬性，若是final修飾的形參數據類型是一個引用，這裏只限制了這個引用自己被更改，並不會限制對引用指向實例化對象的修改。

Final+類

         一個類用final關鍵字修飾，其含義包括：1.這個類不能再被任何子類繼承，2.這個類內部的全部方法都默認是final方法。

---

 

Volatile關鍵字

　　Volatile的英文含義爲易變的、揮發的，在java語言中volatile關鍵字是一個類型修飾符。JAVA中Volatile的做用：強制每次都直接讀內存，阻止重排序，確保voltile類型的值一旦被寫入緩存一定會被當即更新到主存。

要真正理解volatile語義的做用，就必須優先搞懂volatile關鍵字相關的幾個概念。

Java內存/線程模型

　　在JAVA多線程環境下，每一個Java線程除了共享的虛擬機棧外和Java堆以外，還存在一個獨立私有的堆內存（默認狀況下大小爲512KB，在線程被建立時分配，能夠經過-Xss選項調節其默認值大小）。每一個線程獨立運行，彼此之間都不可見，線程的私有堆內存中保留了一份主內存的拷貝，只有在特定需求的狀況下才會與主存作交互（複製/刷新）。

JAVA內存模型示例圖

重排序

         在有些場景下訪問程序變量會表現出與程序制定的順序不同。例如：編譯器能夠以優化的名義改變指令的順序，處理器也能夠不按照順序來執行指令等。一個Java程序在從源代碼到最終實際執行的指令序列之間，會經歷一系列的重排序過程：

　　這種任意改變指令順序的行爲在單線程的狀況下「彷佛」是無害有益的，可是若是換到多線程的狀況，因爲全部線程都獨立運行，不知道其餘線程在作什麼；若是多個線程批次之間還存在共享的內存區域，就必須解決同步的問題。

Volatile使用的理想條件

　　正是因爲JAVA中volatile關鍵字的這種語義，volatile能夠被認爲是一個輕量級的synchronized塊，但實際使用過程當中仍是有一些限制。

　　Volatile被正確使用的理想條件包括以下兩點：

• 對變量的寫操做不依賴當前值。
• 變量沒有包含在具備其餘變量的不變式中。

　　說得很抽象，歸結起來就是一個volatile變量可以用來實現「輕量級的同步」，前提是這個變量自身不能同時被多個線程共享修改。

　　一般volatile的使用場景：存在多個線程同時運行，只有一個線程擁有對volatile屬性的修改權，其餘的線程只能進行讀操做。具體的示例參考模式有興趣的同窗能夠參考文章《JAVA理論與實踐》。

Volatile的注意事項

         Volatile只能保證每次線程讀取到的變量來自最新的內存，保證修改操做可以及時反饋到主內存中，相對於synchronized鎖定內存的作法，volatile在讀取時擁有很大的性能上的優點。

Voltile關鍵字並不保證操做的原子性，例如一個自增操做i++，即便i被聲明爲voltile類型，在多線程的狀況下，i的值也會是不肯定的。

         在JAVA中long類型和double類型都是64位長度，對於32位的機器這須要兩次讀內存的操做。在規範中，JAVA內存模型只在這種狀況下保證用voilate修飾的double和long類型變量的兩次讀操做變爲一個原子操做。

　　綜上所述，volatile關鍵字表現出了一種脆弱的同步機制，在沒法確認當前場景絕對知足的前提下，voilate關鍵字很難保證安全合理得被使用。但確實volatile爲咱們提供了在特定場景下更高的性能（相比synchronized）。

參考資料

1. Java Memory Model http://www.cs.umd.edu/~pugh/java/memoryModel/
2. 《Thinking in JAVA》
3. JAVA理論與實踐：正確使用volatile變量http://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-jtp06197.html
4. JSR 135 （JAVA Memory Model）FAQhttp://www.ticmy.com/?p=315
5. JAVA線程/內存模型的缺陷與加強http://tech.163.com/06/0525/09/2HV7DCJ20009159T.html
6. Wekipedia Java Memory Modelhttp://en.wikipedia.org/wiki/Java_Memory_Model
7. 深刻理解Java內存模型http://www.infoq.com/cn/articles/java-memory-model-1