安卓开发（Java）中关于final关键字与线程安全性

前言

学习新知识固然重要，但是时常往回看看，温故知新是很必要的。回顾一下线程安全性和final关键字。

正文

从Java 5开始，final keyword一个特殊用法是在并发库中一个非常重要且经常被忽视的武器。实质上，可以使用final来确保在构造对象时，访问该对象的另一个线程不会看到处于部分构造状态的对象，否则可能会发生这种情况。这是因为当作为对象变量的一个属性时，final作为其定义的一部分具有以下重要特征：

当构造函数退出时，final keyword的值保证对访问构造对象的其他线程可见。

使用final是所谓的安全发布（safe publication）的一种方式，这里，发布（publication）一个地相意味着在一个线程中创建它，同时另一个线程在之后的某时刻可以引用到该新创建的对象。当JVM调用对象的构造函数时，它必须将各成员赋值，同时存储一个指向该对象的指针。就像其他任何的数据写入一样，这可能是乱序的，and their application to main memory can be delayed and other processors can be delayed unless you take special steps to combat this（看不太懂，是不是说“把他们写回主存可能推迟，并且其他的处理器（看到变化）也会推迟，要客服这一点，除非采取非常步骤”）。特别的，指向对象的引用可能在成员变量提交之前（导致如此的原因之一是编译器的指令重排ordering：if you think about how you‘d write things in a low-level language such as C or assembler, it‘s quite natural to store a pointer to a block of memory, and then advance the pointer as you‘re writing data to that block）就被写入到主存并被访问到了。这样会导致另一个线程看到了一个不合法或不完整的对象。

而final可以防止此类事情的发生：如果某个成员是final的，JVM规范做出如下明确的保证：一旦对象引用对其他线程可见，则其final成员也必须正确的赋值了。

final的对象引用

对象的final成员成员的值在当退出构造函数时，他们也是最新的。这意味着：

final类型的成员变量的值，包括那些用final引用指向的collections的对象，是读线程安全而无需使用synchronization的

注意，如果你有一个指向collection，数组或其他可变对象的final引用，如果存在其他线程访问，仍然需要使用同步机制来访问该对象（或使用ConcurrentHashMap）。

因此，不可变对象（指所有的成员都是final并且成员要么是基本类型，要么指向另一个不可变对象）可以并发访问而无需使用同步机制。通过final引用读取“实际不可变”对象（指成员虽然实际并不是final，然而却从不会改变）也是安全的。然而，从程序设计的角度来看，在此种情况下强化不可变性是明智的（如用Collections.unmodifiableList()封装一个collection）。That way, you‘ll spot bugs introduced when one of your colleagues naughtily attempts to modify a collection that you didn‘t intend to be modified!

使用final的限制条件和局限性

当声明一个final成员时，必须在构造函数退出前设置它的值，如下：

public class MyClass {

    private final int myField = 3;

    public MyClass() { ... }

}

或者

public class MyClass {

    private final int myField;

    public MyClass() {

        ...

        myField = 3;

        ...

    }

}

需要强调的是将指向对象的成员声明为final只能将该引用设为不可变的，而非所指的对象。例如如果一个list声明如下：

private final List myList =new ArrayList();

仍然可以修改该list

myList.add("Hello");

然而，声明为final可以保证如下操作不合法：

myList =new ArrayList();

myList= someOtherList;

什么时候应该使用final

一个答案就是“尽可能的使用”。任何你不希望改变的（基本类型，或者指向一个对象，不管该对象是否可变）一般来讲都应该声明为final。另一种看待此问题的方式是：

如果一个对象将会在多个线程中访问并且你并没有将其成员声明为final，则必须提供其他方式保证线程安全

“其他方式”可以包括声明成员为volatile，使用synchronized或者显式Lock控制所有该成员的访问。

大家往往忽视的典型case是在一个线程创建一个对象，而后在另一个线程使用，如一个通过ThreadPoolExecutor的对象。这种情况下，必须保证该对象的线程安全性：这和线程的并发访问关系不大，主要是因为在其生命周期内，不同的线程会在任意时刻访问它（还是内存模型的问题吧）