Scala中Future风格并发编程为何需要final关键字？

问题描述 #

在Future风格并发编程中遇到了一个与final关键字相关的异常：编写的程序会生成多个Future，打印指定数值后退出。当Future代码块中使用的常量以final val声明时，程序运行符合预期；但省略final修饰符后，程序会无限阻塞，无法正常终止。

程序代码 #

object Futures extends App {
  final val TICK_MS = 10
  final val N_TICKS = 300
  
  def doPrint(num: Int, p: Promise[String]): Future[Int] = {
    val f = Future {
      blocking { Thread.sleep(TICK_MS) }
      if num > N_TICKS then p.success("Futures done.")
      num + 1
    }
    if num % 10 == 0 then println(num)
    for v <- f do doPrint(v, p)
    f
  }

  val p = Promise[String]()
  doPrint(0, p)

  p.future.onComplete {
    case Success(v) => println(v)
    case Failure(e) => e.printStackTrace()
  }

  Await.ready(p.future, Duration.Inf)
}

预期与实际表现 #

• 预期输出：依次打印10、20……300，最后输出“Futures done”并退出程序
• 异常表现：将final val替换为普通val后，程序无限阻塞，永远不会触发Promise的success逻辑

运行环境 #

• sbt.version: 1.8.2
• scalaVersion: 3.2.2
• JVM: zulu19.32.15
• macOS Venture 13.3，Apple M1，16GB

原因解析 #

这个问题的核心是Scala中val与final val的语义差异，以及JVM并发模型下的可见性规则：

1. final val的编译期特性
   final val属于编译期常量，编译器会执行常量折叠优化——直接将代码中所有引用该常量的位置替换为它的字面量值。在你的代码里，num > N_TICKS会被替换为num > 300，Future线程执行时能准确判断终止条件，触发p.success结束程序。

2. 普通val的并发可见性问题
   普通val虽然不可变，但不属于编译期常量，编译器不会做常量折叠。在并发场景下，Future运行在独立线程中，JVM无法保证普通val的跨线程可见性（没有同步机制或final修饰的情况下）。同时，JIT编译器可能会对普通val的getter方法进行激进优化，导致Future线程读取到的N_TICKS值始终无法满足num > N_TICKS的条件，递归调用永远不会终止，Promise也永远不会被完成，最终程序无限阻塞。

3. 核心结论
   final val既保证了值的编译期常量性，又通过JVM的final语义确保了跨线程的可见性，让Future线程能准确执行终止逻辑；普通val缺少这些保障，在并发场景下因可见性或编译器优化问题，导致程序无法正常结束。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Ken