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1. 引入

Java中被final关键字修饰的变量表示表示最终的，不可改变。常见的用法有四种：

  • 修饰一个类：一个类如果被final修饰，当前类不能有子类，而且其中的所有成员方法都无法进行覆盖重写。格式：
    1. public final class 类名称{
    2.   ...
    3. }
  • 修饰一个方法，当final关键字用来修饰一个方法的时候，这个方法就是最终方法，无法被覆盖重写。格式：
    1. 修饰符 final 返回值类型 方法名称（参数列表）{
    2.   ...
    3. }

对于类、方法来说，abstract关键字和final关键字不能同时使用，因为矛盾

  • 修饰一个局部变量，当变量被final修饰，一次赋值终生不变。对于基本类型来说，不可变说的是变量当中的数据不可变；对于引用类型来说，不可变说的是变量当中的地址值不可变

  • 修饰一个成员变量，当成员变量被final关键字修饰，变量照样不可变

  • 由于成员变量具有默认值，所以使用了final之后必须手动赋值，不会再给默认值
  • 对于被final修饰的成员变量，要么使用直接赋值，要么通过构造方法进行赋值，二者选其一
  • 必须保证类中所有的重载的构造方法都最终会对final的成员变量进行赋值

知道了如何使用final关键字来保证方法或是变量的不可变性，那么为什么使用了final关键字就可以做到这些呢？下面我们看一下它的底层实现原理。

2. 原理

假设此时代码如下所示：

  1. /**
  2.  * @Author dyliang
  3.  * @Date 2020/8/27 15:01
  4.  * @Version 1.0
  5.  */
  6. public class FinalDemo {
  8.     public final int number = 10;
  9. }

如果此时在主方法中为number重新赋值，那么就会看到编译错误如下所示：
浅析Java中的final关键字的使用和底层原理 - 图1

编译程序后，查看方法对应的字节码指令，如下所示：

  1.  0  aload_0
  2.  1  invokespecial #1 <java/lang/Object.<init>>
  3.  4  aload_0
  4.  5  bipush 10
  5.  7  putfield #2 <keyWords/FinalDemo.number>
  6. 10  return

通过上面的字节码指令可以看出，被final修饰的变量的赋值使用了putfiled指令，操作系统会在该指令后加入写屏障，保证其他线程读到它的值时不会出现为0的情况。那为什么使用了putfield指令后，就可以保证其他线程读到的一定是它初始化后的结果呢？下面，我们从内存层面继续往下看一下它的原理。

我们知道写屏障和读屏障一个重要的特性就是禁止指令间的重排序，特别是对于final域来说，编译器和处理器都需要遵从如下的两条规则：

  • 任意构造函数中对一个final域的写入，与随后把这个构造对象的引用赋值给另一个引用变量，这两个操作不能重排序

    言外之意：在对象引用为任意线程可见之前，对象的final域已经被正确的初始化过了。

  • 初次读一个包含final域对象的引用，与之后初次读这个final域，这两个操作之间不能重排序

    言外之意：只有得到了包含final域对象的引用，才能后读到final域的值。

final关键字通过上述的两条规则，保证了在写final域和读final域时的正确性。

3. 优点

  • final关键字提高了性能，JVM和Java应用都会缓存final变量

  • final变量可以安全的在多线程环境下进行共享，而不需要额外的同步开销

  • 使用final关键字，JVM会对方法、变量及类进行优化