Java中需要知道的关键字

Java中有一些或常用，或不常用，但却不得不知关键字，本篇文章将讨论这些关键字的作用。

transient

transient关键字可能用的不是那么频繁，但却是一个很重要的关键字，它的作用是在对象序列化过程中体现的。如果一个类的变量被transient修饰，那么这个对象在序列化过程中，不会序列化这个变量，同时，在反序列化过程中，也不会去反序列这个变量。

笔者有时候会遇到这样一种情况，可能是因为笔者经验不足。在使用JPA进行数据库操作的时候，某些对象在序列化到数据库的时候，会有一些变量并不想要去存到数据库中，这个时候就可以用transient来修饰变量，解决这个问题。

instanceof

这个关键字就比较常用了，尤其是在一些大量采用反射的框架中，在需要判断某一个对象是否是某一类型（可以是接口，父类，父类的父类等）的时候，可以采用这个关键字。比如说，判断UserServiceImpl是否是UserService接口的类型，可以这样做:

if(userServiceImpl instanceof UserService){
    //do some thing
}

笔者在自己的IOC框架中就用到了这个关键字，在将进行接口依赖注入的时候，使用该关键字判断容器中是否有相应接口的实例，然后将实例注入。

final

final关键字可以用来修饰变量、类、方法。

final修饰的变量，一旦在被赋值之后，将不能再次赋值，也就是说这个变量在后续的使用过程中，只能采取读的方式，变量具有不可变性。这里需要做一下区别，就是基本数据类型和引用数据类型在被final修饰后的情况。基本数据类型的不可变性往往体现在变量的值永远不会再变化，而引用类型则不是，引用类型的不变性是体现在引用的不变性。引用类型的变量一旦为一个引用数据类型赋值，那么变量就会指向对象在内存中的地址，final关键字修饰过后，变量所指向的地址就不能再被改变，但对象本身的状态还是可以改变的，可以看一下下面这段代码：

final int i = 0;

i = 1; //error

final int[] j = new int[10];

j = new int[20]; //error

j[0] = 1; //right

final修饰过的变量有一个好处，即它会是线程安全的。在Java中，final变量会进行指令重排序，确保所有线程在访问该变量的时候，变量已经被初始化过了。虽然在旧的版本中，会出现对象引用在构造函数中“逸出”的情况，但自从jsr133增强了final的内存语义之后，所有线程在看到final变量时，看到的都是已经初始化之后的值。final变量初始化之后又不会再改变，所以它是线程安全的。

final修饰的类，将具有不可继承性，即不能有子类。

final修饰的方法，将不可被重写，但可以重载。

static

static关键字可以用来修饰变量，方法。static修饰的变量和方法，将只属于类，可以通过类名.变量名（或方法名）的方式来引用，使用方式如下：

public class Demo{
    public static int i = 0;
    public static void hello(){
        System.out.println(i);
    }
}
//可以这么访问
int j = Demo.i;
Demo.hello();

其中static变量将会常驻内存中，不会在垃圾回收的过程中被回收掉，甚至会成为垃圾回收中的GC Root。static变量的初始化只能在static代码块中执行，它先于构造函数执行，使用方式如下：

public class Demo{
    public static int i;
    static{
        i=0;
    }
}

volatile

这个关键字是一个很重要的关键字，可以修饰变量。如果要进行多线程编程，那么这个关键字将会是一个重点。因为它有两个特性：可见性和原子性。

可见性是指，对一个volatile变量的读，总是能看到（任意线程）对这个volatile变量最后的写入。volatile变量再被修改的时候，如果有其他线程读取了该变量，它会通知其他线程变量已经实现，重新读取最新的值。

原子性是指，对任意单个volatile变量的读/写具有原子性，但类似于volatile++这种符合操作不具有原子性。其原理是因为volatile具有一定程度上的锁的语义，但并没有像synchronized那么重量级。

它的使用方式如下，以最常见的单例模式为示例。一般来说，我们比较喜欢使用double-check的方式实现单例模式，因为它既可以做延迟初始化又可以保证线程的安全，代码如下：

public class Demo{
    private static Demo instance;
    private Demo(){
        
    }
    public static Demo getInstance(){
        if(instance == null){ //第一步，判断instance是否为null
            synchronized(Demo.class){ //第二步，加锁
                if(instance == null){ //第三步，再判断instance是否为null
                    instance = new Demo(); //第四步，实例化
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

这段代码看似线程安全，但却存在一个很大的缺陷。如果有两个线程，两个线程都执行到了第二步，一个线程在拿到锁并进行实例化之后，另一个线程继续进入同步代码块，这个线程读到的instance可能还是null，之后就会导致线程安全问题。为什么会这样呢？其实在Java中，对象的实例化可以分为以下三个子阶段：

memory = allocate();　　// 1：分配对象的内存空间
ctorInstance(memory);　// 2：初始化对象
instance = memory;　　// 3：设置instance指向刚分配的内存地址

由于Java会对指令进行重排序，可能会导致3和2的指令顺序相反，即

memory = allocate();　　// 1：分配对象的内存空间
instance = memory;　　// 3：设置instance指向刚分配的内存地址
ctorInstance(memory);　// 2：初始化对象

问题就出现在这里，如果线程一的还没有执行完初始化对象这个子阶段，另一个线程将会认为这个实例为空，将会导致线程安全。要解决这个问题，可以加上volatile关键字，代码如下：

public class Demo{
    private volatile static Demo instance;
    private Demo(){
        
    }
    public static Demo getInstance(){
        if(instance == null){ //第一步，判断instance是否为null
            synchronized(Demo.class){ //第二步，加锁
                if(instance == null){ //第三步，再判断instance是否为null
                    instance = new Demo(); //第四步，实例化
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

volatile会禁止指令重排序，使得这个操作变得具有原子性，这样线程就可以读取到变量最新的状态，保证了线程的安全。

synchronized

synchronized可以说是一个非常常见的关键字了，在jdk1.6之前，它被称为重量级锁，不过jdk1.6之后经过优化和升级，已经没有那么夸张了。通过使用synchronized可以使代码同步，解决多线程环境下的一些问题。一般来说，它可以使用下面三种形式的锁：

对于普通同步方法，锁是当前实例对象。
对于静态同步方法，锁是当前类的Class对象。
对于同步方法块，锁是synchronized括号里配置的对象。

当一个线程试图去访问同步代码块时，它必须先得到锁，退出或抛出异常时必须释放锁。其底层原理是通过Monitor对象来实现方法同步和代码块同步。代码块同步是使用monitorenter和monitorexit指令实现的，方法同步是使用另一种方法实现的。

monitorenter方法是在编译后插入到同步代码块的开始位置，而monitorexit是插入到方法结束处和异常处，JVM要保证每个monitorenter都有一个monitorexit与之配对。任何对象都有一个monitor与之关联，当且一个monitor被持有后，它将处于锁定状态。线程执行到monitorenter指令时，将会尝试获取对象所对应的monitor所有权，即尝试获得对象的锁。

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