深刻理解 Java 中的 final 關鍵字

final 是Java 中重要關鍵字之一，能夠應用於類、方法以及變量上。這篇文章中將講解什麼是 final 關鍵字？將變量、方法和類聲明爲 final 表明了什麼？使用 final 的好處是什麼？

final 關鍵字是什麼？

final 在 Java 中是一個保留的關鍵字，能夠聲明成員變量、方法、類以及本地變量。一旦你將引用聲明做 final，你將不能改變這個引用了，編譯器會檢查代碼，若是試圖將變量再次初始化的話，編譯器會報編譯錯誤。

final 變量

凡是對成員變量或者本地變量(在方法中的或者代碼塊中的變量稱爲本地變量)聲明爲 final 的都叫做 final 變量。final 變量常常和 static 關鍵字一塊兒使用，做爲常量。下面是 final 變量的例子：

public static final String NAME = "wupx";
NAME = new String("wupx"); //invalid compilation error

final 變量是隻讀的。

final 方法

final 也能夠聲明方法，Java 裏用 final 修飾符去修飾一個方法的惟一正確用途就是表達：這個方法本來是一個虛方法，如今經過 final 來聲明這個方法不容許在派生類中進一步被覆寫（override）。

Java 中非私有的成員方法默認都是虛方法，而虛方法就能夠在派生類中被覆寫。爲了保證某個類上的某個虛方法不在派生類中被進一步覆寫，就須要使用 final 修飾符來聲明，讓編譯器（例如 javac）與 JVM 共同檢查並保證這個限制老是成立。

下面引用 R 大 在知乎上的回答來打破「用 final 修飾方法可讓對這個方法的調用變快」的流言：

曾經有一種廣爲流傳的說法是用final修飾方法可讓對這個方法的調用變快。這種說法在現代主流的優化JVM上都是不成立的（例如Oracle JDK / OpenJDK HotSpot VM、IBM J9 VM、Azul Systems Zing VM等）。這是由於：能用final修飾的虛方法，其派生類中必然不可能存在對其覆寫的版本，因而能夠斷定這個虛方法只有一個可能的調用目標；而若是此時把這個final修飾符去掉，這些先進的JVM均可以經過「類層次分析」（Class Hierarchy Analysis，CHA）來發現這個方法在派生類中沒有進一步覆寫的版本，因而一樣能夠斷定這個虛方法只有一個可能的調用目標。而後二者的優化程度會如出一轍，不管是從「不須要經過虛分派而能夠直接調用目標」（稱爲「去虛化」，devirtualization）仍是從「便於內聯」的角度看，這兩種狀況都是同樣的。

而若是某個類層次結構中本來某個虛方法就存在多個覆寫版本的話，那麼原本也不可能對這個虛方法加上final修飾，因此就算這種狀況下去虛化變得困難，鍋也不能讓「由於沒用final修飾」來背。

使用final關鍵字在現代主流的優化JVM上不會提高性能。

下面是 final 方法的例子：

class User{
    public final String getName(){
        return "user：wupx";
    }
}

class Reader extends User{
    @Override
    public final String getName(){
        return "reader wupx"; //compilation error: overridden method is final
    }
}

final 類

使用 final 來修飾的類叫做 final 類，final類一般功能是完整的，它們不能被繼承，Java 中有許多類是 final 的，好比 String, Interger 以及其餘包裝類。下面是 final 類的實例：

final class User{

}

class Reader extends User{  //compilation error: cannot inherit from final class

}

內存模型中的 final

對於 final 變量，編譯器和處理器都要遵照兩個重排序規則：

• 構造函數內，對一個 final 變量的寫入，與隨後把這個被構造對象的引用賦值給一個變量，這兩個操做之間不可重排序
• 首次讀一個包含 final 變量的對象，與隨後首次讀這個 final 變量，這兩個操做之間不能夠重排序

實際上這兩個規則也正是針對 final 變量的寫與讀。寫的重排序規則能夠保證，在對象引用對任意線程可見以前，對象的 final 變量已經正確初始化了，而普通變量則不具備這個保障；讀的重排序規則能夠保證，在讀一個對象的 final 變量以前，必定會先讀這個對象的引用。若是讀取到的引用不爲空，根據上面的寫規則，說明對象的 final 變量必定以及初始化完畢，從而能夠讀到正確的變量值。

若是 final 變量的類型是引用型，那麼構造函數內，對一個 final 引用的對象的成員域的寫入，與隨後在構造函數外把這個被構造對象的引用賦值給一個引用變量，這兩個操做之間不能重排序。

實際上這也是爲了保證 final 變量在對其餘線程可見以前，可以正確的初始化完成。

final 關鍵字的好處

下面爲使用 final 關鍵字的一些好處：

• final 關鍵字提升了性能，JVM 和 Java 應用都會緩存 final 變量
• final 變量能夠安全的在多線程環境下進行共享，而不須要額外的同步開銷

總結

• final 關鍵字能夠用於成員變量、本地變量、方法以及類
• final 成員變量必須在聲明的時候初始化或者在構造器中初始化，不然就彙報編譯錯誤
• 不可以對 final 變量再次賦值
• 本地變量必須在聲明時賦值
• 在匿名類中全部變量都必須是 final 變量
• final 方法不能被重寫
• final 類不能被繼承
• 接口中聲明的全部變量自己是 final 的
• final 和 abstract 這兩個關鍵字是反相關的，final 類就不多是 abstract 的
• 沒有在聲明時初始化 final 變量的稱爲空白 final 變量(blank final variable)，它們必須在構造器中初始化，或者調用 this() 初始化，不這麼作的話，編譯器會報錯final變量(變量名)須要進行初始化
• 按照 Java 代碼慣例，final 變量就是常量，並且一般常量名要大寫
• 對於集合對象聲明爲 final 指的是引用不能被更改

參考

《Java編程思想》

https://www.zhihu.com/question/66083114