volatile和final

本文详细解析了内存屏障的四种类型及其作用,包括LoadLoad、StoreStore、LoadStore和StoreLoad屏障,并探讨了volatile如何通过内存屏障保证内存可见性和有序性。此外,还阐述了final域的重排序规则,以及它们如何影响Java中的内存一致性。

1、关于内存屏障:(摘自内存屏障

(1)LoadLoad屏障:对于这样的语句Load1; LoadLoad; Load2,在Load2及后续读取操作要读取的数据被访问前,保证Load1要读取的数据被读取完毕。

(2)StoreStore屏障:对于这样的语句Store1; StoreStore; Store2,在Store2及后续写入操作执行前,保证Store1的写入操作对其它处理器可见。

(3)LoadStore屏障:对于这样的语句Load1; LoadStore; Store2,在Store2及后续写入操作被刷出前,保证Load1要读取的数据被读取完毕。

(4)StoreLoad屏障:对于这样的语句Store1; StoreLoad; Load2,在Load2及后续所有读取操作执行前,保证Store1的写入对所有处理器可见。

2、volatile内存屏障(摘自 Java并发专题【5】彻底理解volatile
(1) 在每个volatile写操作的前面插入一个StoreStore屏障;
(2) 在每个volatile写操作的后面插入一个StoreLoad屏障;
(3) 在每个volatile读操作的后面插入一个LoadLoad屏障;
(4) 在每个volatile读操作的后面插入一个LoadStore屏障。


3、final域重排序规则(摘自Java并发专题【6】你真的了解final吗?

(1)写final域的重排序规则

    禁止对final域的写重排序到构造函数之外,这个规则的实现主要包含了两个方面:

  • JMM禁止编译器把final域的写重排序到构造函数之外;

  • 编译器会在final域写之后,构造函数return之前,插入一个storestore屏障(关于内存屏障可以看这篇文章)。这个屏障可以禁止处理器把final域的写重排序到构造函数之外。

(2)读final域重排序规则

 在一个线程中,初次读对象引用和初次读该对象包含的final域,JMM会禁止这两个操作的重排序。(注意,这个规则仅仅是针对处理器),处理器会在读final域操作的前面插入一个LoadLoad屏障

    实际上,读对象的引用和读该对象的final域存在间接依赖性,一般处理器不会重排序这两个操作。但是有一些处理器会重排序,因此,这条禁止重排序规则就是针对这些处理器而设定的。

(3) 针对引用数据类型,final域写针对编译器和处理器重排序增加了这样的约束:在构造函数内对一个final修饰的对象的成员域的写入,与随后在构造函数之外把这个被构造的对象的引用赋给一个引用变量,这两个操作是不能被重排序的。
<think>嗯,用户问的是Java中finalvolatile关键字的区别以及它们的用法,特别是在多线程环境下的应用。我需要先回顾这两个关键字的基本概念,然后比较它们的区别,再结合多线程的场景来分析。 首先,final在Java中主要用于声明不可变的变量、方法或类。当用在变量上时,一旦初始化后就不能再修改。如果是基本类型,值不变;如果是对象引用,引用不能变,但对象内部的状态可能可以变。这在多线程中,final变量由于不可变性,可以保证线程安全,不需要额外的同步措施。比如String类就是final的,这样它的值在创建后不会改变,线程安全。 然后是volatile,这个关键字用来确保变量的可见性禁止指令重排序。当一个变量被声明为volatile,任何线程修改了这个变量,其他线程会立即看到最新的值。这是因为volatile会强制线程从主内存中读取变量,而不是使用线程本地的缓存。不过volatile不保证原子性,比如i++这样的操作,volatile无法保证线程安全,这时候还是需要synchronized或者原子类。 接下来要比较它们的区别。首先是可变性:final变量一旦赋值就不能再改,而volatile变量可以修改,但确保修改后的值对其他线程立即可见。然后是线程安全方面,final变量因为不可变,自然线程安全;而volatile只能保证可见性,不保证原子性。应用场景上,final适合用于常量或不可变对象,volatile适合状态标志或者多个线程共享但修改不频繁的变量。 还要注意两者的使用场景。比如final可以用在类、方法、变量上,volatile只能用在变量。另外,final的初始化必须在声明时或构造函数中完成,而volatile变量可以在任何时候修改,但要确保可见性。 用户可能还关心多线程中的实际应用例子。比如用volatile作为状态标志位,控制线程的退出。或者用final来定义不可变的配置参数,避免线程安全问题。同时,结合引用里的内容,比如引用3提到在JDK1.8中volatile的可见性实现,而JDK1.7可能有问题,这可能影响用户的选择,需要注意版本差异。 还要注意可能的问题,比如虽然final引用不可变,但如果指向的对象是可变的,其内部状态的变化还是需要同步机制。而volatile变量虽然保证了可见性,但复合操作仍需加锁或使用原子变量。 最后,生成相关问题时要涵盖两者的区别、使用场景、多线程中的注意事项,以及如何正确应用它们来保证线程安全。</think>### Java关键字`final`与`volatile`的区别及用法 #### 1. **核心区别** | 特性 | `final` | `volatile` | |---------------------|------------------------------------|-------------------------------------| | **可变性** | 变量不可变(初始化后不可修改) | 变量可变,但修改对其他线程立即可见 | | **线程安全保证** | 通过不可变性直接保证线程安全 | 仅保证可见性,不保证原子性 | | **作用范围** | 类、方法、变量 | 仅变量 | | **内存屏障** | 无 | 强制读/写操作与主内存同步 | #### 2. **使用场景** - **`final` 的典型场景**: - 定义常量(如配置参数):`public static final int MAX_SIZE = 100;` - 不可变对象(如`String`类):避免线程安全问题[^4] - 防止子类重写方法或类继承(类/方法级`final`) - **`volatile` 的典型场景**: - 状态标志位(如线程退出控制): ```java volatile boolean running = true; public void stop() { running = false; } ``` - 单例模式的双重检查锁(解决指令重排序问题) - 多线程共享但修改不频繁的变量(如计数器) #### 3. **多线程中的行为对比** - **`final` 的线程安全机制**: ```java final Map<String, Integer> config = new HashMap<>(); // 引用不可变,但对象内部状态可变 ``` - 若需完全不可变,需结合不可变集合(如`Collections.unmodifiableMap`) - **`volatile` 的局限性**: ```java volatile int count = 0; count++; // 非原子操作,仍需配合`synchronized`或`AtomicInteger` ``` #### 4. **联合使用注意事项** - **禁止组合使用**:`final volatile`是非法语法,因`final`禁止修改,而`volatile`需支持修改。 - **替代方案**:若需不可变且线程安全,优先使用`final`;若需可见性且可变,使用`volatile`或原子类(如`AtomicInteger`)。 --- ### 示例代码说明 **`final` 的不可变性**: ```java public class Constants { public static final String APP_NAME = "MyApp"; // 基本类型常量 private final List<String> data; // 引用不可变,但列表内容可修改(需额外同步) } ``` **`volatile` 的可见性**: ```java class TaskRunner implements Runnable { private volatile boolean isRunning; public void run() { while (isRunning) { // 其他线程修改isRunning后立即生效 // 执行任务 } } } ``` --- ### 引用说明 - `final`通过不可变性简化线程安全设计,而`volatile`需配合其他机制保证复合操作的原子性。 - JDK 1.8后`volatile`的可见性实现更严格,但需注意旧版本可能存在的兼容性问题[^3]。 ---
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