java 杂谈——volatile和final变量

同步有两种属性：互斥性和可见性。synchronized关键字与两者都有关系。Java同时也提供了一种更弱的、仅仅包含可见性的同步形式，并且只以volatile关键字关联。

假设你自己设计了一个停止线程的机制（因为无法使用Thread不安全的stop()方法））。清单1中ThreadStopping程序源码展示了该如何完成这项任务。

清单1　尝试停止一个线程

清单2中的main()方法声明了一个叫做StoppableThread的本地类，它继承自Thread。在初始化完StoppableThread之后，默认的主线程启动和这个 Thread对象关联的线程。之后它睡眠 1 秒，并且在死亡之前调用StoppableThread的stop()方法。

StoppableThread声明了一个被初始化为false的stopped实例变量，stopThread()方法会将该变量设置为true，同时run()方法中的while循环会在每次迭代中检查stopped的值是否已经修改为true。

照下面编译清单2：

javac ThreadStopping.java

运行程序：

java ThreadStopping 你应该能观测到一系列运行时的消息。

当你在单处理器/单核的机器上运行这个程序的时候，很可能会观测到程序停止。但是在一个多处理器的机器或多核单处理器的机器上，可能就看不到程序停止，因为每个处理器或者核心很可能有自己的一份stopped的拷贝，当一条线程修改了自己的拷贝，其他线程的拷贝并没有被改变。

你或许决定使用synchronized关键字以确保只能访问主存中的stopped变量。然后经过一番思考，你决定在清单3中使用同步访问一对临界区的方式来解决这个问题。

清单3　尝试使用synchronized来停止一个线程

出于两个因素考虑，清单3不是一个好主意。尽管你只需解决可见性的问题，synchronized却同时解决了互斥的问题（在该程序中不是个问题）。更重要的是，你还往程序中引进了另一个更严重的问题。

你已经正确地对stopped进行了同步访问，但是进一步观察run()方法中的同步块，尤其是这个while循环。由于正在执行循环的这个线程已经获取了当前StoppableThread对象（通过synchronized(this)）的锁，这个循环不会终止。因为默认的主线程需要获取相同的锁，所以它在该对象上调用stopThread()方法的任意尝试都会导致自己被阻塞住。

你可以使用局部变量并在同步块中将stopped的值赋给这个变量来解决这一问题，如下所示：

不过，每次循环迭代都要尝试获取锁的方式会存在性能开销（还不如以前），所以这个解决方式是得不偿失的。清单4展示了一个更为高效且整洁的方法。

清单4　尝试通过volatile关键字来停止一个线程

由于stopped已经标记为volatile，每条线程都会访问主存中该变量的拷贝而不会访问缓存中的拷贝。这样，即使在多处理器或者多核的机器上，该程序也会停止。

警告

只有可见性导致问题时，才应该使用volatile。而且，你也只能在属性声明处才能使用这个保留字（如果你尝试将局部变量声明成volatitle，会收到一个错误）。最后，你可以将double和long型的属性声明成volatile，但是应该避免在32位的JVM上这样做，原因是此时访问一个double或者long型的变量值需要进行两步操作，若要安全地访问它们的值，互斥（通过synchronized）是必要的。 当一个属性变量声明成volatile，就不能同时被声明final的。不过，由于Java可以让你安全地访问final的属性而无需同步，这也就不能称之为一个问题了。为了克服DeadlockDemo中的缓存变量问题，我把lock1和lock2都标记成final，尽管也能将它们标记成volatile的。

以后，你会经常使用final关键字来确保在不可变（不会发生改变）类的上下文中线程的安全性。参考清单5。

清单5　借助于final创建一个不可变且线程安全的类

清单5展示了一个不可变类Planets，其对象存储着星球名字的集合。尽管集合是可变的，但这个类的设计却保证在构造函数退出之后，集合不会再被改变。通过声明planets为final，这个属性的引用不能被更改。而且，该引用也不能被缓存，所以缓存变量的问题也不复存在。

关于不可变对象，Java提供了一种特殊的线程安全的保证。即便没有用同步来发布（暴露）这些对象的引用，它们依然可以被多条线程安全地访问。不可变对象提供了下列易于识别的规则：

• 不可变对象绝对不允许状态变更。

• 所有的属性必须声明成final。

• 对象必须被恰当地构造出来以防this引用脱离构造函数。

最后一点很让人迷惑，所以这里给出一个this显式地脱离构造函数的简单例子：

在www.ibm.com/developerworks/library/j-jtp0618/上查看《Java theory and practice：Safe construction techniques》学习更多常见线程风险的相关知识。

本文节选自《Java线程与并发编程实践》

内容简介

Java线程和并发工具是应用开发中的重要部分，备受开发者的重视，也有一定的学习难度。

本书是针对Java 8中的线程特性和并发工具的快速学习和实践指南。全书共8章，分别介绍了Thread类和Runnable接口、同步、等待和通知、线程组、定时器框架、并发工具、同步器、锁框架，以及高级并发工具等方面的主题。每章的末尾都以练习题的方式，帮助读者巩固所学的知识。附录A给出了所有练习题的解答，附录B给出了一个基于Swing线程的教程。

本书适合有一定基础的Java程序员阅读学习，尤其适合想要掌握Java线程和并发工具的读者阅读参考。

本文转载自异步社区。

原文链接：https://www.epubit.com/articleDetails?id=NC7E3EF931B8000014387818012571895