Java中final實作原理的深入分析（附範例）

這篇文章帶給大家的內容是關於Java中final實現原理的深入分析（附範例），有一定的參考價值，有需要的朋友可以參考一下，希望對你有所幫助。

final在Java中是一個保留的關鍵字，可以宣告成員變數、方法、類別以及本地變數。

一旦你將引用宣告作final，你將不能改變這個引用了，編譯器會檢查程式碼，如果你試圖將變數再次初始化的話，編譯器會報編譯錯誤。

一、final變數

final成員變數表示常數，只能被賦值一次，賦值後值不再改變（final要求位址值不能改變）

當final修飾一個基本資料型別時，表示該基本資料型別的值一旦在初始化後便不能改變；如果final修飾一個參考型別時，則在對其初始化之後便不能再讓其指向其他物件了，但該引用所指向的物件的內容是可以改變的。本質上是一回事，因為引用的值是一個位址，final要求值，即位址的值不會改變。

final修飾一個成員變數（屬性），必須顯示初始化。這裡有兩種初始化方式，一種是在變數宣告的時候初始化；第二種方法是在宣告變數的時候不賦初值，但是要在這個變數所在的類別的所有的建構子中對這個變數賦初值。

二、final方法

使用final方法的原因有兩個。

第一個原因是把方法鎖定，以防任何繼承類別修改它的意義，不能被重寫；

第二個原因是效率，final方法比非final方法要快，因為在編譯的時候已經靜態綁定了，不需要在執行時再動態綁定。

（註：類別的private方法會隱式地被指定為final方法）

#三、final類別

當用final修飾一個類別時，表示這個類別不能被繼承。

final類別中的成員變數可以根據需要設為final，但是要注意final類別中的所有成員方法都會被隱含地指定為final方法。

在使用final修飾類別的時候，要注意謹慎選擇，除非這個類別真的在以後不會用來繼承或出於安全的考慮，盡量不要將類別設計為final類別。

四、final使用總結

#final關鍵字的優點：

#（1）final關鍵字提高了效能。 JVM和Java應用程式都會快取final變數。

（2）final變數可以安全的在多執行緒環境下進行共享，而不需要額外的同步開銷。

（3）使用final關鍵字，JVM會對方法、變數及類別進行最佳化。

關於final的重要知識點

1、final關鍵字可以用於成員變數、本地變數、方法以及類別。

2、final成員變數必須在宣告的時候初始化或是在建構器中初始化，否則就會報編譯錯誤。

3、你不能夠對final變數再次賦值。

4、本機變數必須在宣告時賦值。

5、在匿名類別中所有變數都必須是final變數。

6、final方法不能被重寫。

7、final類別不能被繼承。

8、final關鍵字不同於finally關鍵字，後者用於例外處理。

9、final關鍵字容易與finalize()方法搞混，後者是在Object類別中定義的方法，是在垃圾回收之前被JVM呼叫的方法。

10、介面中宣告的所有變數本身都是final的。

11、final和abstract這兩個關鍵字是反相關的，final類別就不可能是abstract的。

12、final方法在編譯階段綁定，稱為靜態綁定(static binding)。

13、沒有在宣告時初始化final變數的稱為空白final變數(blank final variable)，它們必須在建構器中初始化，或是呼叫this()初始化。不這麼做的話，編譯器會報錯「final變數(變數名)需要初始化」。

14、將類別、方法、變數宣告為final能夠提高效能，這樣JVM就有機會進行估計，然後最佳化。

15、依照Java程式碼慣例，final變數就是常數，而且通常常數名稱要大寫。

16、對於集合物件宣告為final指的是引用不能被更改，但是你可以往其中增加，刪除或改變內容。

五、final原理

最好先理解java記憶體模型 Java並發（二）：Java記憶體模型

對於final域，編譯器和處理器要遵守兩個重排序規則：

1.在建構子內對一個final域的寫入，與隨後把這個被建構物件的引用賦值給一個引用變量，這兩個運算之間不能重新排序。

（先寫入final變量，後呼叫該物件參考）

原因：編譯器會在final域的寫入之後，插入一個StoreStore屏障

2.初次讀一個包含final域的物件的引用，與隨後初次讀這個final域，這兩個運算之間不能重新排序。

（先讀物件的引用，後讀final變數）

編譯器會在讀取final域操作的前面插入一個LoadLoad屏障 

範例1：

public class FinalExample {
    int i; // 普通变量
    final int j; // final 变量
    static FinalExample obj;
    public void FinalExample() { // 构造函数
        i = 1; // 写普通域
        j = 2; // 写 final 域
    }
    public static void writer() { // 写线程 A 执行
        obj = new FinalExample();
    }
    public static void reader() { // 读线程 B 执行
        FinalExample object = obj; // 读对象引用
        int a = object.i; // 读普通域         a=1或者a=0或者直接报错i没有初始化
        int b = object.j; // 读 final域      b=2
    }
}

第一種情況：寫普通域的操作被編譯器重新排序到了構造函數之外

而寫final 域的操作，被寫final域的重排序規則「限定」在了建構函式之內，讀出線程B 正確的讀取了final 變數初始化之後的值。

寫入 final 域的重新排序規則可以確保：在物件引用為任意執行緒可見之前，物件的 final 域已經被正確初始化過了，而普通域不具有這個保障。

第二種情況：讀取物件的普通域的操作被處理器重排序到讀取物件引用之前

而讀final 域的重排序規則會把讀取物件final 域的操作「限定」在讀取物件參考之後，此時該final 域已經被A 執行緒初始化過了，這是一個正確的讀取操作。

讀取 final 域的重新排序規則可以確保：在讀一個物件的 final 域之前，一定會先讀出包含這個 final 域的物件的參考。

 

 

範例2：如果final 域是引用型別

對於引用類型，寫final 域的重新排序規則對編譯器和處理器增加瞭如下約束：

在構造函數內對一個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，這兩個操作之間不能重新排序。

public class FinalReferenceExample {
    final int[] intArray; // final 是引用类型
    static FinalReferenceExample obj;
    public FinalReferenceExample() { // 构造函数
        intArray = new int[1]; // 1
        intArray[0] = 1; // 2
    }
    public static void writerOne() { // 写线程 A 执行
        obj = new FinalReferenceExample(); // 3
    }
    public static void writerTwo() { // 写线程 B 执行
        obj.intArray[0] = 2; // 4
    }
    public static void reader() { // 读线程 C 执行
        if (obj != null) { // 5
            int temp1 = obj.intArray[0]; // 6  temp1=1或者temp1=2，不可能等于0
        }
    }
}

 假設先執行緒 A 執行 writerOne() 方法，執行完後執行緒 B 執行 writerTwo() 方法，執行完後執行緒 C 執行 reader () 方法。

 

在上圖中，1 是對final 域的寫入，2 是對這個final 域所引用的物件的成員域的寫入，3 是把被建構的物件的引用賦值給某個引用變數。這裡除了前面提到的 1 不能和 3 重排序外，2 和 3 也不能重新排序。

JMM 可以確保讀取線程 C 至少能看到寫線程 A 在建構子中對 final 引用物件的成員域的寫入。即 C 至少能看到數組下標 0 的值為 1。而寫線程 B 對數組元素的寫入，讀線程 C 可能看的到，也可能看不到。 JMM 不保證執行緒 B 的寫入對讀執行緒 C 可見，因為寫執行緒 B 和讀取執行緒 C 之間存在資料競爭，此時的執行結果不可預測。

以上是Java中final實作原理的深入分析（附範例）的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章！