Java基础 - final

一、为什么要使用final?

final指的是"这是无法改变的"。不想改变可能出于两种理由:设计或效率。

要具体得讲,那就必须看它的使用了,使用它能得到了什么样的功能效果,就是它的作用了。

可能是用到final的情况有三种:数据、方法和类。

1. 修饰数据

许多编程语言都有某种方法,来向编译器告知一块数据是恒定不变的。

Java用final修饰这些数据,就可以达到这种效果。

我们知道,Java有两种数据类型:原始类型(Primitive Types, 也经常翻译为原生类型或者基本类型)和引用类型(Reference Types)。

final关键字修饰基本类型和引用类型会有些区别,这里分别进行说明。

修饰基本类型

Java基本类型包含数字类型(整数类型和浮点类型)和布尔类型。

数字类型:byte, short, int, long, float, double
布尔类型:boolean

设计

假设我们现在有这样的一个需求:我们在类中定义一个整型的属性来代表某个逻辑执行的次数,这个次数是固定不变的,不希望它被改变。
来看一下:

int count = 10;

我们如果是这样简单的定义一个变量,可以达到这样的效果吗?答案是不行。我们可以对这个count进行重新复制。实现上面所说的需求,我们就可以用到final关键字来修饰这个表示次数的变量来告诉编译器我们定义的是一个编译时常量,在编译时就已经确定了,运行时是不能被改变的。

对final常量重新赋值.png

效率

我们来看一下下面的代码:

public class Final2 {

    private final int a = 2;
    private int b = 3;

    public int calc1() {
        return a * 2;
    }

    public int cacl2() {
        return b * 2;
    }

}

这里我们定义了两个整型的变量a和b,分别是final和非final的。
下面我们通过字节码来进行分析:

Classfile /Users/rocky/Desktop/Final2.class
  Last modified Jan 26, 2019; size 388 bytes
  MD5 checksum b032ca9258400a7c793c542102d63391
  Compiled from "Final2.java"
public class Final2
  minor version: 0
  major version: 52
  flags: ACC_PUBLIC, ACC_SUPER
Constant pool:
   #1 = Methodref          #5.#20         // java/lang/Object."<init>":()V
   #2 = Fieldref           #4.#21         // Final2.a:I
   #3 = Fieldref           #4.#22         // Final2.b:I
   #4 = Class              #23            // Final2
   #5 = Class              #24            // java/lang/Object
   #6 = Utf8               a
   #7 = Utf8               I
   #8 = Utf8               ConstantValue
   #9 = Integer            2
  #10 = Utf8               b
  #11 = Utf8               <init>
  #12 = Utf8               ()V
  #13 = Utf8               Code
  #14 = Utf8               LineNumberTable
  #15 = Utf8               calc1
  #16 = Utf8               ()I
  #17 = Utf8               cacl2
  #18 = Utf8               SourceFile
  #19 = Utf8               Final2.java
  #20 = NameAndType        #11:#12        // "<init>":()V
  #21 = NameAndType        #6:#7          // a:I
  #22 = NameAndType        #10:#7         // b:I
  #23 = Utf8               Final2
  #24 = Utf8               java/lang/Object
{
  public Final2();
    descriptor: ()V
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=2, locals=1, args_size=1
         0: aload_0
         1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
         4: aload_0
         5: iconst_2
         6: putfield      #2                  // Field a:I
         9: aload_0
        10: iconst_3
        11: putfield      #3                  // Field b:I
        14: return
      LineNumberTable:
        line 1: 0
        line 3: 4
        line 4: 9

  public int calc1();
    descriptor: ()I
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=1, locals=1, args_size=1
         0: iconst_4
         1: ireturn
      LineNumberTable:
        line 7: 0

  public int cacl2();
    descriptor: ()I
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=2, locals=1, args_size=1
         0: aload_0
         1: getfield      #3                  // Field b:I
         4: iconst_2
         5: imul
         6: ireturn
      LineNumberTable:
        line 11: 0
}
SourceFile: "Final2.java"

对于calc2方法,关键字节码指令如下:

0: aload_0
1: getfield      #3                  // Field b:I
4: iconst_2
5: imul
6: ireturn

解读:
第一步:通过getfield访问类字段b;
第二步:将常量2加载到操作数栈;
第三步:执行乘法运算指令imul;
第四步:返回结果。

再来看看calc1方法,关键字节码指令如下:

0: iconst_4
1: ireturn

解读:
第一步:将常量4加载到操作数栈中;
第二步:返回结果。

这里4表示的就是a*2的结果,没有看到乘法运算指令。也就是说对于包含有final常量的运算表达式,在编译器的时候编译就已经帮我们进行了运算。

总结:对于编译期常量这种情况,编译器可以将常量值代入任何可能用到它的计算式中,也就是说,可以在编译时执行计算式,这减轻了一些运行时的负担。

修饰引用类型

上面修饰基本类型,表示变量的数值恒定不变,但是如果修饰的是引用类型,表示的是引用恒定不变,一旦引用被初始化指向一个对象,就无法再把它改为执行另一个对象。然后,对象其自身却是可以被修改的。

比如说a变量通过final修饰指向了一个对象b,用指针的概念来看就是这个a指向了b这个对象所在的内存地址,a这个指向是不能被修改了,但是b这个对象内存空间里面的数据是可以被修改的。

实例图说明:


修改final修饰的引用变量.png

2.修饰方法

用final修饰方法,主要是为了把方法锁定,以防任何继承类修改它的含义。这是出于设计的考虑。

《Java编程思想》中提到使用final修改方法提高效率的问题。同时也提到最近虚拟机不需要使用final修饰方法这样的方式来进行优化。

final修饰方法.png

3.修饰类

当用final修饰类,从设计的角度上来看,出于某种考虑,你对该类的设计永不需要做任何变动,或者处于安全的考虑 ,你不希望它有子类。

继承final修饰的类.png

二、空白final

Java允许生成"空白final",所谓空白final是指被声明为final但又未给定初值的域。

但是要注意:无论什么情况,编译器都确保空白final在使用前必须被初始化。

我们可以将final域的初始化放置到构造函数中,这样的话可以做到根据对象而有所不同,却又保持其恒定不变的特性。

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