面试题系列：工作5年，第一次这么清醒的理解final关键字？
面试题：用过final关键字吗？它有什么作用 面试考察点 考察目的： 了解面试者对Java基础知识的理解 考察人群： 工作1-5年，工作年限越高，对于基础知识理解的深度就越高。 背景知识 final关键字大家都不陌生，但是要达到深度理解，还是欠缺了一些。我们从三个方面去理解final关键字。 final关键字的基本用法 深度理解final关键字 final关键字的内存屏障语义 final的基本用法 final关键字，在Java中可以修饰类、方法、变量。 被final修饰的类，表示这个类不可被继承，final类中的成员变量可以根据需要设为final，并且final修饰的类中的所有成员方法都被隐式指定为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。 public final class TClass { public final String test(){ return "true"; } } public class TCCClass extends TClass{ public static void main(String[] args) { } } 上述程序运行得到如下错误： java: 无法从最终org.example.cl03.TClass进行继承 被final修饰的方法，表示该方法无法被重写.其中private方法会被隐式的指定为final方法。 class SuperClass{ protected final String getName() { return “supper class”; } @Override public String toString() { return getName(); } } classSubClass extends SuperClass{ protected String getName() { return “sub class”; } } 上述代码运行会得到如下错误: java: org.example.cl03.TCCClass中的test()无法覆盖org.example.cl03.TClass中的test() 被覆盖的方法为final 被final修饰的成员变量是用得最多的地方。 对于一个final变量，如果是基本数据类型的变量，则其数值一旦在初始化之后便不能更改；final修饰的变量能间接实现常量的功能，而常量是全局的、不可变的，因此我们同时使用static和final来修饰变量，就能达到定义常量的效果。 如果是引用类型的变量，则在对其初始化之后便不能再让其指向另一个对象。 被final修饰的变量的初始化 在定义时初始化属性的值 public class TCCClass { private final String name; public static void main(String[] args) { } } 上述代码在运行时会提示如下错误 java: 变量 name 未在默认构造器中初始化 修改成下面的方式即可。 public class TCCClass { private final String name="name"; } 在构造方法中赋值 public class TCCClass { private final String name; public TCCClass(String name){ this.name=name; } } 能够在构造方法中赋值的原因是：对于一个普通成员属性赋值时，必须要先通过构造方法实例化该对象。因此作为该属性唯一的访问入口，JVM允许在构造方法中给final修饰的属性赋值。这个过程并没有违反final的原则。当然如果被修饰final关键字的属性已经初始化了值，是无法再使用构造方法重新赋值的。 反射破坏final规则 基于上述final关键字的基本使用描述，可以知道final修饰的属性是不可变的。 但是，通过反射机制，可以破坏final的规则，代码如下 public class TCCClass { private final String name="name"; public static void main(String[] args) throws Exception { TCCClass tcc=new TCCClass(); System.out.println(tcc.name); Field name=tcc.getClass().getDeclaredField("name"); name.setAccessible(true); name.set(tcc,"mic"); System.out.println(name.get(tcc)); } } 打印结果如下： name mic 知识点扩展 上述代码理论上来说应该是下面这种写法，因为通过反射修改tcc实例对象中的name属性后，应该通过实例对象直接打印出name的结果。 public static void main(String[] args) throws Exception { TCCClass tcc=new TCCClass(); System.out.println(tcc.name); Field name=tcc.getClass().getDeclaredField("name"); name.setAccessible(true); name.set(tcc,"mic"); System.out.println(tcc.name); //here } 但是实际输出结果后，发现tcc.name打印的结果没有变化？ 原因是：JVM在编译时期做的深度优化机制, 就把final类型的String进行了优化, 在编译时期就会把String处理成常量，导致打印结果不会发生变化。 为了避免这种深度优化带来的影响，我们还可以把上述代码修改成下面这种形式 public class TCCClass { private final String name=(null == null ? "name" : ""); public static void main(String[] args) throws Exception { TCCClass tcc=new TCCClass(); System.out.println(tcc.name); Field name=tcc.getClass().getDeclaredField("name"); name.setAccessible(true); name.set(tcc,"mic"); System.out.println(tcc.name); } } 打印结果如下: name mic 反射无法修改被final和static同时修饰的变量 把上面的代码修改如下。 public class TCCClass { private static final String name=(null == null ? "name" : ""); public static void main(String[] args) throws Exception { TCCClass tcc=new TCCClass(); System.out.println(tcc.name); Field name=tcc.getClass().getDeclaredField("name"); name.setAccessible(true); name.set(tcc,"mic"); System.out.println(tcc.name); } } 执行结果,执行之后会报出如下异常, 因为反射无法修改同时被static final修饰的变量: Exception in thread "main" java.lang.IllegalAccessException: Can not set static final java.lang.String field org.example.cl03.TCCClass.name to java.lang.String at sun.reflect.UnsafeFieldAccessorImpl.throwFinalFieldIllegalAccessException(UnsafeFieldAccessorImpl.java:76) at sun.reflect.UnsafeFieldAccessorImpl.throwFinalFieldIllegalAccessException(UnsafeFieldAccessorImpl.java:80) at sun.reflect.UnsafeQualifiedStaticObjectFieldAccessorImpl.set(UnsafeQualifiedStaticObjectFieldAccessorImpl.java:77) at java.lang.reflect.Field.set(Field.java:764) at org.example.cl03.TCCClass.main(TCCClass.java:13) 那么被final和static同时修饰的属性，能否被修改呢？答案是可以的！ 修改代码如下： public class TCCClass { private static final String name=(null == null ? "name" : ""); public static void main(String[] args) throws Exception { TCCClass tcc=new TCCClass(); System.out.println(tcc.name); Field name=tcc.getClass().getDeclaredField("name"); name.setAccessible(true); Field modifiers = name.getClass().getDeclaredField("modifiers"); modifiers.setAccessible(true); modifiers.setInt(name, name.getModifiers() & ~Modifier.FINAL); name.set(tcc,"mic"); modifiers.setInt(name, name.getModifiers() & ~Modifier.FINAL); System.out.println(tcc.name); } } 具体思路是，把被修饰了final关键字的name属性，通过反射的方式去掉final关键字，代码实现 Field modifiers = name.getClass().getDeclaredField("modifiers"); modifiers.setAccessible(true); modifiers.setInt(name, name.getModifiers() & ~Modifier.FINAL); 接着通过反射修改name属性，修改成功后，再使用下面代码把final关键字加回来 modifiers.setInt(name, name.getModifiers() & ~Modifier.FINAL); 为什么局部内部类和匿名内部类只能访问final变量 在了解这个问题之前，我们先来看下面这段代码 public static void main(String[] args) { } public void test(final int b) { final int a = 10; new Thread(){ public void run() { System.out.println(a); System.out.println(b); }; }.start(); } } 这段代码被编译后，会生成两个文件: FinalExample.class和FinalExample$1.class（匿名内部类） 通过反编译来看一下FinalExample$1.class这个类 class FinalExample$1 extends Thread { FinalExample$1(FinalExample this$0, int var2, int var3) { this.this$0 = this$0; this.val$a = var2; this.val$b = var3; } public void run() { System.out.println(this.val$a); System.out.println(this.val$b); } } 我们看到匿名内部类FinalExample$1的构造器含有三个参数，一个是指向外部类对象的引用，另外两个是int型变量，很显然，这里是将变量test方法中的形参b，以及常量a以参数的形式传进来，对匿名内部类中的拷贝（变量a和b的拷贝）进行赋值初始化。 也就是说，在run方法中访问的变量a和b，是局部变量a和b的一个副本，为什么这么设计？ 在test方法中，有可能test方法执行结束且a和b的声明周期也结束了，但是Thread这个匿名内部类可能还未执行完，那么在Thread中的run方法中继续使用局部变量a和b就会有问题。但是又要实现这样的效果，怎么办呢？所以Java采用了复制的手段来解决这个问题。 但是这样一来，还是存在一个问题，就是test方法中的成员变量与匿名内部类Thread中的成员变量的副本出现数据不一致怎么办？ 这样就达不到原本的意图和要求。为了解决这个问题，java编译器就限定必须将变量a和b限制为final变量，不允许对变量a和b进行更改（对于引用类型的变量，是不允许指向新的对象），这样数据不一致性的问题就得以解决了。 另外，如果我们这么写也是允许的，jvm会隐式给a和b增加final关键字。 public void test(int b) { int a = 10; new Thread(){ public void run() { System.out.println(a); System.out.println(b); }; }.start(); } final防止指令重排 final关键字，还能防止指令重排序带来的可见性问题； 对于final变量，编译器和处理器都要遵守两个重排序规则： 构造函数内，对一个 final 变量的写入，与随后把这个被构造对象的引用赋值给一个变量，这两个操作之间不可重排序。 首次读一个包含 final 变量的对象，与随后首次读这个 final 变量，这两个操作之间不可以重排序。 实际上这两个规则也正是针对 final 变量的写与读。 写的重排序规则可以保证，在对象引用对任意线程可见之前，对象的 final 变量已经正确初始化了，而普通变量则不具有这个保障； 读的重排序规则可以保证，在读一个对象的 final 变量之前，一定会先读这个对象的引用。如果读取到的引用不为空，根据上面的写规则，说明对象的 final 变量一定以及初始化完毕，从而可以读到正确的变量值。 如果 final 变量的类型是引用型，那么构造函数内，对一个 final 引用的对象的成员域的写入，与随后在构造函数外把这个被构造对象的引用赋值给一个引用变量，这两个操作之间不能重排序。实际上这也是为了保证 final 变量在对其他线程可见之前，能够正确的初始化完成。 关于指令重排序相关的内容，就不在本篇文章中做展开，在后续的面试题中，会做详细的分析。 final 关键字的好处 下面为使用 final 关键字的一些好处： final关键字提高了性能，JVM和Java应用都会缓存final变量（实际就是常量池） 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 问题解答 面试题：用过final关键字吗？它有什么作用 回答： final关键字表示不可变，它可以修饰在类、方法、成员变量中。 如果修饰在类上，则表示该类不允许被继承 修饰在方法上，表示该方法无法被重写 修饰在变量上，表示该变量无法被修改，而且JVM会隐性定义为一个常量。 另外，final修饰的关键字，还可以避免因为指令重排序带来的可见性问题，原因是，final遵循两个重排序规则 构造函数内，对一个 final 变量的写入，与随后把这个被构造对象的引用赋值给一个变量，这两个操作之间不可重排序。 首次读一个包含 final 变量的对象，与随后首次读这个 final 变量，这两个操作之间不可以重排序。 问题总结 恰恰是平时经常使用的一些工具或者技术，所涉及到的知识点越多。 就这个问题来说，在面试时的考察点太多了，比如： 如何破坏final规则 带static和final修饰的属性，可以被修改吗？ final是否可以解决可见性问题，以及它是如何解决的？ 因此，要想在面试时从容应对，一定要具备体系化的技术理解，避免面试时各种”不清楚“、”不了解“之类的尴尬！ 关注[跟着Mic学架构]公众号，获取更多精品原创
