Java并发17：final关键字和不变性

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学习MOOC视频记录的笔记

1.什么是不变性(Immutable)

如果对象在被创建后，状态就不能被修改，那么它就是不可变的

例子：person对象，age和name都不能再变

具有不变性的对象一定是线程安全的，我们不需要对其采取任何额外的安全措施，也能保证线程安全 【在其他线程中只能被读取不能被修改】

2.final的作用

早期

  • 锁定
  • 效率：早期的Java实现版本中，会将final方法转为内嵌调用

现在

  • 类防止被继承、方法防止被重写、变量防止被修改
  • 天生是线程安全的，而不需要额外的同步开销

3.3种用法：修饰变量、方法、类

3.1 final修饰变量

含义：被 final 修饰的变量，意味着值不能被修改。如果变量是对象，那么对象的引用不能变，但是对象自身的内容依然可以变化

  • final instance variable (类中的final属性)
    • 第一种是在声明变量的等号右边直接赋值
    • 第二种就是构造函数中赋值
    • 第三就是在类的初始代码块中赋值（不常用）
    • 如果不采用第一种赋值方法，那么就必须在第2、3种挑一个来赋值，而不能不赋值，这是final语法所规定的
  • final static variable (类中的static final属性)
    • 两个赋值时机：除了在声明变量的等号右边直接赋值外；static final变量还可以用static初始代码块赋值，但是不能用普通的初始代码块赋值
  • final local variable (方法中的final变量)
    • 和前面两种不同，由于这里的变量是在方法里的，所以没有构造函数，也不存在初始代码块
    • final local variable：不规定赋值时机，只要求在使用前必须赋值，这个方法中的非final变量的要求也是一样的

属性被声明为final后，该变量则只能被赋值一次。且一旦被赋值，final的变量就不能再被改变，如论如何也不会变

为什么要规定赋值时机？

我们来思考一下为什么语法要这继承这样？如果初始化不赋值，后续赋值，就是从null变成你的赋值，这就违反final不变的原则了！【一旦声明就再也变不了了】

3.2 final修饰方法

  • 构造方法不允许final修饰
  • 不可被重写，也就是不能被override，即便是子类有同样名字的方法，那也不是override，这个和static方法是一个道理
  • 引申：static方法不能被重写

3.3 final修饰类

  • 不可被继承
  • 例如典型的String类就是final的，我们从没见过哪个类是继承String类的

4.注意点

  • final修饰对象的时候，只是对象的引用不可变，而对象本身的属性是可以变化的
  • final使用原则：良好的编程习惯

5.不变性和final的关系

  • 不变性并不意味着，简单地用final修饰就是不可变
    • 对于基本数据类型，确实被final修饰后就具有不变性
    • 但是对于对象类型，需要该对象保证自身被创建后，状态永远不会变才可以
  • 如何利用final实现对象不可变
    • 把所有属性都声明为final? 错误的
    • 一个属性是对象类型的不可变对象的正确例子

我们总结出，满足以下条件时，对象才是不可变的：

  • 对象创建后，其状态就不能修改
  • 所有属性都是final修饰的
  • 对象创建过程中没有发生逸出

把变量写在线程内部——栈封闭

在方法里新建的局部变量，实际上是存储在每个线程私有的栈空间，而每个栈的占空间是不能被其他线程所访问到的，所以不会有线程安全问题。这就是著名的"栈封闭”技术，是"线 程封闭”技术的一种情况。

public class StackConfinement implements Runnable {
    int index = 0;
 
    // 线程内私有的
    public void inThread() {
        int neverGoGOut = 0;
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            neverGoGOut++;
        }
        System.out.println("栈内保护的数字是线程安全的：" + neverGoGOut);
    }
 
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            index++;
        }
        inThread();
    }
 
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        StackConfinement r = new StackConfinement();
        Thread thread1 = new Thread(r);
        Thread thread2 = new Thread(r);
        thread1.start();
        thread2.start();
        thread1.join();
        thread2.join();
        System.out.println(r.index);
    }
}

运行结果：

栈内保护的数字是线程安全的：10000
栈内保护的数字是线程安全的：10000
11918

面试题分析：

public class FinalStringDemo1 {
    public static void main(String[] args) {
        String a = "wukong2";
        final String b = "wukong";  // 常量
        String d = "wukong";
        String c = b + 2;  // 直接计算出结果 wukong2 指向和a一样的常量池中的地址
        String e = d + 2;  // 运行时确定，堆上面生成的
        System.out.println((a == c));  // true
        System.out.println((a == e));  // false
    }
}
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