final关键字在java中使用非常广泛,可以申明成员变量、方法、类、本地变量。一旦将引用声明为final,将无法再改变这个引用。final关键字还能保证内存同步,本博客将会从final关键字的特性到从java内存层面保证同步讲解。这个内容在面试中也有可能会出现。
final使用
final变量
final变量有成员变量或者是本地变量(方法内的局部变量),在类成员中final经常和static一起使用,作为类常量使用。其中类常量必须在声明时初始化,final成员常量可以在构造函数初始化。
public class Main { public static final int i; //报错,必须初始化 因为常量在常量池中就存在了,调用时不需要类的初始化,所以必须在声明时初始化 public static final int j; Main() { i = 2; j = 3; } } 复制代码
就如上所说的,对于类常量,JVM会缓存在常量池中,在读取该变量时不会加载这个类。
public class Main { public static final int i = 2; Main() { System.out.println("调用构造函数"); // 该方法不会调用 } public static void main(String[] args) { System.out.println(Main.i); } } 复制代码
final修饰基本数据类型变量和引用
@Test public void final修饰基本类型变量和引用() { final int a = 1; final int[] b = {1}; final int[] c = {1}; // b = c;报错 b[0] = 1; final String aa = "a"; final Fi f = new Fi(); //aa = "b";报错 // f = null;//报错 f.a = 1; }复制代码
final方法表示该方法不能被子类的方法重写,将方法声明为final,在编译的时候就已经静态绑定了,不需要在运行时动态绑定。final方法调用时使用的是invokespecial指令。
class PersonalLoan{ public final String getName(){ return"personal loan”; } } class CheapPersonalLoan extends PersonalLoan{ @Override public final String getName(){ return"cheap personal loan";//编译错误,无法被重载 } public String test() { return getName(); //可以调用,因为是public方法 } } 复制代码
final类
final类不能被继承,final类中的方法默认也会是final类型的,java中的String类和Integer类都是final类型的。
class Si{ //一般情况下final修饰的变量一定要被初始化。 //只有下面这种情况例外,要求该变量必须在构造方法中被初始化。 //并且不能有空参数的构造方法。 //这样就可以让每个实例都有一个不同的变量,并且这个变量在每个实例中只会被初始化一次 //于是这个变量在单个实例里就是常量了。 final int s ; Si(int s) { this.s = s; } } class Bi { final int a = 1; final void go() { //final修饰方法无法被继承 } } class Ci extends Bi { final int a = 1; // void go() { // //final修饰方法无法被继承 // } } final char[]a = {'a'}; final int[]b = {1};复制代码
final class PersonalLoan{} class CheapPersonalLoan extends PersonalLoan { //编译错误,无法被继承 } 复制代码
@Test public void final修饰类() { //引用没有被final修饰,所以是可变的。 //final只修饰了Fi类型,即Fi实例化的对象在堆中内存地址是不可变的。 //虽然内存地址不可变,但是可以对内部的数据做改变。 Fi f = new Fi(); f.a = 1; System.out.println(f); f.a = 2; System.out.println(f); //改变实例中的值并不改变内存地址。 Fi ff = f; //让引用指向新的Fi对象,原来的f对象由新的引用ff持有。 //引用的指向改变也不会改变原来对象的地址 f = new Fi(); System.out.println(f); System.out.println(ff); }复制代码
final关键字的知识点
- final成员变量必须在声明的时候初始化或者在构造器中初始化,否则就会报编译错误。final变量一旦被初始化后不能再次赋值。
- 本地变量必须在声明时赋值。 因为没有初始化的过程
- 在匿名类中所有变量都必须是final变量。
- final方法不能被重写, final类不能被继承
- 接口中声明的所有变量本身是final的。类似于匿名类
- final和abstract这两个关键字是反相关的,final类就不可能是abstract的。
- final方法在编译阶段绑定,称为静态绑定(static binding)。
- 将类、方法、变量声明为final能够提高性能,这样JVM就有机会进行估计,然后优化。
final方法的好处:
- 提高了性能,JVM在常量池中会缓存final变量
- final变量在多线程中并发安全,无需额外的同步开销
- final方法是静态编译的,提高了调用速度
- final类创建的对象是只可读的,在多线程可以安全共享
5.
final关键字的最佳实践
final的用法
1、final 对于常量来说,意味着值不能改变,例如 final int i=100。这个i的值永远都是100。但是对于变量来说又不一样,只是标识这个引用不可被改变,例如 final File f=new File("c:\test.txt");
那么这个f一定是不能被改变的,如果f本身有方法修改其中的成员变量,例如是否可读,是允许修改的。有个形象的比喻:一个女子定义了一个final的老公,这个老公的职业和收入都是允许改变的,只是这个女人不会换老公而已。
关于空白final
final修饰的变量有三种:静态变量、实例变量和局部变量,分别表示三种类型的常量。
另外,final变量定义的时候,可以先声明,而不给初值,这中变量也称为final空白,无论什么情况,编译器都确保空白final在使用之前必须被初始化。 但是,final空白在final关键字final的使用上提供了更大的灵活性,为此,一个类中的final数据成员就可以实现依对象而有所不同,却有保持其恒定不变的特征。
public class FinalTest { final int p; final int q=3; FinalTest(){ p=1; } FinalTest(int i){ p=i;//可以赋值,相当于直接定义p q=i;//不能为一个final变量赋值 } } 复制代码
final内存分配
刚提到了内嵌机制,现在详细展开。要知道调用一个函数除了函数本身的执行时间之外,还需要额外的时间去寻找这个函数(类内部有一个函数签名和函数地址的映射表)。所以减少函数调用次数就等于降低了性能消耗。
final修饰的函数会被编译器优化,优化的结果是减少了函数调用的次数。如何实现的,举个例子给你看:
public class Test{ final void func(){System.out.println("g");}; public void main(String[] args){ for(int j=0;j<1000;j++) func(); }} 经过编译器优化之后,这个类变成了相当于这样写: public class Test{ final void func(){System.out.println("g");}; public void main(String[] args){ for(int j=0;j<1000;j++) {System.out.println("g");} }} 复制代码
看出来区别了吧?编译器直接将func的函数体内嵌到了调用函数的地方,这样的结果是节省了1000次函数调用,当然编译器处理成字节码,只是我们可以想象成这样,看个明白。
不过,当函数体太长的话,用final可能适得其反,因为经过编译器内嵌之后代码长度大大增加,于是就增加了jvm解释字节码的时间。
在使用final修饰方法的时候,编译器会将被final修饰过的方法插入到调用者代码处,提高运行速度和效率,但被final修饰的方法体不能过大,编译器可能会放弃内联,但究竟多大的方法会放弃,我还没有做测试来计算过。
下面这些内容是通过两个疑问来继续阐述的
使用final修饰方法会提高速度和效率吗
见下面的测试代码,我会执行五次:
public class Test { public static void getJava() { String str1 = "Java "; String str2 = "final "; for (int i = 0; i < 10000; i++) { str1 += str2; } } public static final void getJava_Final() { String str1 = "Java "; String str2 = "final "; for (int i = 0; i < 10000; i++) { str1 += str2; } } public static void main(String[] args) { long start = System.currentTimeMillis(); getJava(); System.out.println("调用不带final修饰的方法执行时间为:" + (System.currentTimeMillis() - start) + "毫秒时间"); start = System.currentTimeMillis(); String str1 = "Java "; String str2 = "final "; for (int i = 0; i < 10000; i++) { str1 += str2; } System.out.println("正常的执行时间为:" + (System.currentTimeMillis() - start) + "毫秒时间"); start = System.currentTimeMillis(); getJava_Final(); System.out.println("调用final修饰的方法执行时间为:" + (System.currentTimeMillis() - start) + "毫秒时间"); } } 复制代码
结果为: 第一次: 调用不带final修饰的方法执行时间为:1732毫秒时间 正常的执行时间为:1498毫秒时间 调用final修饰的方法执行时间为:1593毫秒时间 第二次: 调用不带final修饰的方法执行时间为:1217毫秒时间 正常的执行时间为:1031毫秒时间 调用final修饰的方法执行时间为:1124毫秒时间 第三次: 调用不带final修饰的方法执行时间为:1154毫秒时间 正常的执行时间为:1140毫秒时间 调用final修饰的方法执行时间为:1202毫秒时间 第四次: 调用不带final修饰的方法执行时间为:1139毫秒时间 正常的执行时间为:999毫秒时间 调用final修饰的方法执行时间为:1092毫秒时间 第五次: 调用不带final修饰的方法执行时间为:1186毫秒时间 正常的执行时间为:1030毫秒时间 调用final修饰的方法执行时间为:1109毫秒时间 由以上运行结果不难看出,执行最快的是“正常的执行”即代码直接编写,而使用final修饰的方法,不像有些书上或者文章上所说的那样,速度与效率与“正常的执行”无异,而是位于第二位,最差的是调用不加final修饰的方法。 复制代码
由以上运行结果不难看出,执行最快的是“正常的执行”即代码直接编写,而使用final修饰的方法,不像有些书上或者文章上所说的那样,速度与效率与“正常的执行”无异,而是位于第二位,最差的是调用不加final修饰的方法。 复制代码
观点:加了比不加好一点。
使用final修饰变量会让变量的值不能被改变吗;
见代码:
复制代码 public class Final { public static void main(String[] args) { Color.color[3] = "white"; for (String color : Color.color) System.out.print(color+" "); } } class Color { public static final String[] color = { "red", "blue", "yellow", "black" }; }
执行结果: red blue yellow white 看!,黑色变成了白色。 复制代码
在使用findbugs插件时,就会提示public static String[] color = { "red", "blue", "yellow", "black" };这行代码不安全,但加上final修饰,这行代码仍然是不安全的,因为final没有做到保证变量的值不会被修改!
原因是:final关键字只能保证变量本身不能被赋与新值,而不能保证变量的内部结构不被修改。例如在main方法有如下代码Color.color = new String[]{""};就会报错了。
Java基础5-一文了解final关键字的特性、使用方法,以及实现原理(二):https://developer.aliyun.com/article/1535640