深入理解Java內存模型（六）：final域語義、重排序規則與初始化安全性保證

final 域兩大重排序規則

1. 寫規則：構造函數內對 final 域的寫入，不能重排序到構造函數外（賦值引用給變量之前）
2. 讀規則：初次讀對象引用與初次讀該對象 final 域，不能重排序（間接依賴）

寫 final 域規則實現機制

• 編譯器層面：禁止 final 域寫移至構造函數外
• 處理器層面：構造函數 return 前插入 StoreStore 屏障，防止 final 域寫重排到引用賦值之後

示例中，普通域 i 寫被重排到構造函數外導致讀線程見到舊值，final 域 j 受規則保護必在構造函數內完成初始化，讀線程必見新值。

讀 final 域規則實現機制

• 編譯器遵守間接依賴，不重排序
• 處理器層面：讀 final 域前插入 LoadLoad 屏障，針對允許間接依賴重排的處理器（如 Alpha）

讀普通域被重排到讀引用前見到舊值，final 域受規則保護必在讀引用後讀取，見到初始化值。

final 引用類型的特殊規則

對於 final int[] arr：

• 構造函數內對 final 引用對象的成員域寫入（如 arr[0]=1），不能重排到構造函數外引用賦值之後
• 保證：讀線程至少能見到構造函數內對 final 引用對象成員域的寫入
• 後續其他線程對該對象成員域的寫入（如線程 B 寫 arr[0]=2），不保證可見，存在數據競爭需額外同步

final 引用不得在構造函數中「逸出」

public FinalReferenceEscapeExample() {
    i = 1;          // 1 寫final域
    obj = this;     // 2 this引用逸出！此時對象未構造完成
}

操作 1、2 可能重排，導致其他線程通過逸出引用見到未初始化的 final 域。構造函數返回前，對象引用不可公開。

x86 處理器上的 final 語義實現

• x86 不重排寫-寫 → StoreStore 屏障省略
• x86 遵守間接依賴 → LoadLoad 屏障省略
• 結論：x86 上 final 讀/寫零屏障開銷！

JSR-133 為何增強 final 語義

舊模型允許 final 域值「變化」：線程先見默認值 0，後見初始化值 1。最典型受害者是 String（char[] value + offset/count），舊模型下 String 可能出現值變化。新規則賦予 初始化安全性：正確構造的對象，無需同步即可保證所有線程見到 final 域初始化後的值。