final关键字的用法

基础使用

修饰类

  • 当用final修饰一个类时，表明这个类不能被继承
  • final类中的成员变量可以根据需要设为final，但是要注意final类中的所有成员方法都会被隐式地指定为final方法
  • 在使用final修饰类的时候，要注意谨慎选择，除非这个类真的在以后不会用来继承或者出于安全的考虑，尽量不要将类设计为 final 类

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修饰方法

  • 被 final 修饰的方法，不能被重写，但是可以被重载
  • final方法比非final方法效率要高，因为final方法在编译的时候已经静态绑定了，不需要在运行时再动态绑定
  • 被private修饰的方法会被隐式的指定为final

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修饰变量

  • final成员变量表示常量，只能被赋值一次，赋值后值不再改变（final要求地址值不能改变）
  • 当final修饰一个基本数据类型时，表示该基本数据类型的值一旦在初始化后便不能发生变化；如果final修饰一个引用类型时，则在对其初始化之后便不能再让其指向其他对象了，但该引用所指向的对象的内容是可以发生变化的。本质上是一回事，因为引用的值是一个地址，final要求值，即地址的值不发生变化。
  • final修饰一个成员变量（属性），必须要显示初始化。这里有两种初始化方式，一种是在变量声明的时候初始化；第二种方法是在声明变量的时候不赋初值，但是要在这个变量所在的类的所有的构造函数中对这个变量赋初值。

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修饰方法参数

Java允许在方法参数列表中以声明的方式将参数指明为final，这意味这无法在方法中更改参数引用所指向的对象，这个特性主要用来向匿名内部类传递数据。

final关键字的好处

  • 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（静态绑定）、变量及类进行优化。

    注意事项

  • final关键字可以用于成员变量、本地变量、方法以及类。

  • 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。
  • 你不能够对final变量再次赋值。
  • 本地变量必须在声明时赋值。
  • 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。
  • final关键字不同于finally关键字，后者用于异常处理。
  • final关键字容易与finalize()方法搞混，后者是在Object类中定义的方法，是在垃圾回收之前被JVM调用的方法。
  • 接口中声明的所有变量本身是final的。
  • 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)。
  • 没有在声明时初始化final变量的称为空白final变量(blank final variable)，它们必须在构造器中初始化，或者调用this()初始化。不这么做的话，编译器会报错“final变量(变量名)需要进行初始化”。
  • 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。
  • 按照Java代码惯例，final变量就是常量，而且通常常量名要大写。

  • 对于集合对象声明为final指的是引用不能被更改，但是你可以向其中增加，删除或者改变内容。

    final域重排序规则

    final域为基本类型

    1. public class FinalDemo {
    2.   private int a;  //普通域
    3.   private final int b; //final域
    4.   private static FinalDemo finalDemo;
    6.   public FinalDemo() {
    7.       a = 1; // 1. 写普通域
    8.       b = 2; // 2. 写final域
    9.   }
    11.   public static void writer() {
    12.       finalDemo = new FinalDemo();
    13.   }
    15.   public static void reader() {
    16.       FinalDemo demo = finalDemo; // 3.读对象引用
    17.       int a = demo.a;    //4.读普通域
    18.       int b = demo.b;    //5.读final域
    19.   }
    20. }

    假设线程A在执行writer()方法，线程B执行reader()方法。

    写final域重排序规则

    写final域的重排序规则禁止对final域的写重排序到构造函数之外，这个规则的实现主要包含了两个方面：

  • JMM禁止编译器把final域的写重排序到构造函数之外；

  • 编译器会在final域写之后，构造函数return之前，插入一个storestore屏障，这个屏障可以禁止处理器把final域的写重排序到构造函数之外。

下面是上面代码一种可能的情况：
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由于a,b之间没有数据依赖性，普通域 a 可能会被重排序到构造函数之外，线程B就有可能读到的是普通变量a初始化之前的值(零值)，这样就可能出现错误。而final域变量b，根据重排序规则，会禁止final修饰的变量b重排序到构造函数之外，从而b能够正确赋值，线程B就能够读到final变量初始化后的值。因此，写final域的重排序规则可以确保：在对象引用为任意线程可见之前，对象的final域已经被正确初始化过了，而普通域就不具有这个保障。比如在上例，线程B有可能就是一个未正确初始化的对象finalDemo。

读final域重排序规则

读final域的重排序规则为在一个线程中：

  • JMM会禁止初次读对象引用和初次读该对象包含的final域这两个操作的重排序
  • 处理器会在读final域操作的前面插入一个LoadLoad屏障

实际上，读对象的引用和读该对象的final域存在间接依赖性，一般处理器不会重排序这两个操作。但是有一些处理器会重排序，因此，这条禁止重排序规则就是针对这些处理器而设定的。

在上面的代码中，read()方法主要包含了三个操作

  • 初次读引用变量finalDemo;
  • 初次读引用变量finalDemo的普通域a;
  • 初次读引用变量finalDemo的final与b;

而下面就是代码执行的一种可能情况：
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读对象的普通域被重排序到了读对象引用的前面就会出现线程B还未读到对象引用就在读取该对象的普通域变量，这显然是错误的操作。而final域的读操作就“限定”了在读final域变量前已经读到了该对象的引用，从而就可以避免这种情况。读final域的重排序规则可以确保：在读一个对象的final域之前，一定会先读这个包含这个final域的对象的引用。

final域为引用类型

写final域重排序规则

针对引用数据类型，final域写针对编译器和处理器重排序增加了这样的约束：

  • 在构造函数内对一个final修饰的对象的成员域的写入，与随后在构造函数之外把这个被构造的对象的引用赋给一个引用变量，这两个操作是不能被重排序的。

    1. public class FinalReferenceDemo {
    2.   final int[] arrays;
    3.   private FinalReferenceDemo finalReferenceDemo;
    5.   public FinalReferenceDemo() {
    6.       arrays = new int[1];  //1
    7.       arrays[0] = 1;        //2
    8.   }
    10.   public void writerOne() {
    11.       finalReferenceDemo = new FinalReferenceDemo(); //3
    12.   }
    14.   public void writerTwo() {
    15.       arrays[0] = 2;  //4
    16.   }
    18.   public void reader() {
    19.       if (finalReferenceDemo != null) {  //5
    20.           int temp = finalReferenceDemo.arrays[0];  //6
    21.       }
    22.   }
    23. }

    假设线程线程A执行wirterOne方法，执行完后线程B执行writerTwo方法，然后线程C执行reader方法。下面是可能的一种执行情况：
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    由于对final域的写禁止重排序到构造方法外，因此1和3不能被重排序。由于一个final域的引用对象的成员域写入不能与随后将这个被构造出来的对象赋给引用变量重排序，因此2和3不能重排序。

    读final域重排序规则

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    final重排序的总结

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    参考文章： https://pdai.tech/md/java/thread/java-thread-x-key-final.html https://cloud.tencent.com/developer/article/1379380