深入理解 Java Final：从基础到线程安全与性能优化

1 修饰属性或变量

无论属性是基本类型、引用类型，都使变量里存放的“值”不可变。

常和static关键字协作，作为常量：

• 基本类型，变量放的是实实在在的值，如1，“abc”
• 引用类型，变量放的是个地址，所以final修饰引用类型变量指里面的地址不能变，即它只能指向初始时指向的那个对象，不关心指向的对象内容的变化

所以修饰的变量必须初始化：

public static final String LOAN = "loan";
LOAN = new String("loan") //invalid compilation error

• 定义时
• 初始化块中，但不可在静态初始化块中，静态的final实例变量才可以在静态初始化块中
• 构造方法中，但静态final实例变量不可以在其中

final变量只读！

2 修饰方法

该方法可被继承，但不许被任何子类重写。

调用final方法时，直接将方法主体插入到调用处，而非进行方法调用，这样能提高程序效率(内联机制)。

如认为一个方法功能够完整，子类中不需要改变，可声明为final。final方法比非final方法快，因为在编译时候已静态绑定，无需在运行时再动态绑定。

class PersonalLoan{
    public final String getName(){
        return "personal loan";
    }
}
 
class CheapPersonalLoan extends PersonalLoan{
    @Override
    public final String getName(){
        return "cheap personal loan"; //compilation error: overridden method is final
    }
}

3 修饰类

使用final来修饰的类叫作final类。

final类通常功能是完整的，不能被继承。Java中有许多类是final，如String、Interger及其他包装类。类不可被继承，但这并非表示final类的实例变量也不可变，除非给实例变量也增加final修饰。

final class PersonalLoan{
}
 
class CheapPersonalLoan extends PersonalLoan{  //compilation error: cannot inherit from final class
 
}

一个类不可同时被abstract和final修饰。

4 final关键字的好处

• 提高性能：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、变量及类进行优化

5 不可变类

创建不可变类要使用final关键字。不可变类是指它的对象一旦被创建了就不能被更改了。String是不可变类的代表。不可变类有很多好处，譬如它们的对象是只读的，可以在多线程环境下安全的共享，不用额外的同步开销等等。

6 其他重要知识点

• 🈲对final变量再赋值
• 本地变量须在声明时赋值
• 在匿名类中，所有变量都须final
• 接口中声明的所有变量本身是final
• final和abstract这两个关键字反相关，final类不能abstract
• final方法在编译阶段绑定，称为静态绑定(static binding)
• 没在声明时初始化final变量的称为空白final变量(blank final variable)，须在构造器中初始化，或调用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”

final变量就是常量，常量名通常大写：

private final int COUNT = 10;

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。譬如：

private final List Loans = new ArrayList();
list.add(“home loan”);  //valid
list.add("personal loan"); //valid
loans = new Vector();  //not valid

7 可安全设为 final 的字段

此项检查会报告那些可安全地声明为 final 的字段。所有 final 字段都有一个值，并且这个值在初始化后不会改变，可使代码更易理解和推断。

范围与限制

为了避免过于耗时的分析，此检查仅在以下情况下报告字段： 字段具有 private 修饰符，或字段定义在局部类或匿名类中。 一个字段可以被设为 final，如满足以下条件：

• 字段是static的。字段在其声明或一个 static 初始化块中被精确地初始化一次
• 字段是非static的。字段在其声明、一个实例初始化块或类的每一个构造函数中被精确地初始化一次

且字段在其他任何地方都未被修改。

示例：

 public class Person {
  private String name;

  Person(String name) {
  this.name = name;
  }

  public String getName() {
  return name;
  }
 }

修复后：

 public class Person {
  private final String name;

  Person(String name) {
  this.name = name;
  }

  public String getName() {
  return name;
  }
 }

使用 "Annotations" (注解) 按钮来修改注解列表。这些注解会被认为隐含了对字段的写入操作（这会阻止字段被标记为 final）。

8 有趣现象

byte b1 = 1;
byte b2 = 3;
// 当程序执行到这一行的时候会出错
// 因b1、b2可自动转换成int型变量，运算时JVM对它进行转换，结果导致把一个int赋值给byte
byte b3 = b1 + b2;  // Error: Type mismatch: cannot convert from int to byte
final byte b1=1;
final byte b2=3;

// 不会出错，看了上面的解释就知道原因
byte b3=b1+b2;

8.1 现象一：byte b3 = b1 + b2; 报错

Java 的算术运算类型提升 (Integer Promotion)：对小于 int 的整型（即 byte, short, char）进行算术运算（如 +, -, *, /），它们的操作数会先被自动提升（promote）为 int 类型，然后执行运算。

因此，b1 + b2 表达式实际按 (int)b1 + (int)b2 来执行的。两个 int 类型相加，其结果必然是 int 类型。

表达式 b1 + b2 的结果是 int 类型（值为 4），而变量 b3 被声明为 byte 类型。将一个 int 类型的值赋给 byte 类型的变量属于窄化原始类型转换 (Narrowing Primitive Conversion)。

Java 编译器不允许这种可能导致精度丢失的隐式窄化转换。因为 int 的范围（-2^31 到 2^31-1）远大于 byte 的范围（-128 到 127），直接赋值可能会丢失信息。所以编译器会报错，提示类型不匹配。

如果确实需要将结果赋给 byte，必须进行强制类型转换：

byte b3 = (byte)(b1 + b2); // 显式强制转换，编译通过

8.2 final byte b3 = b1 + b2不报错

当 byte 变量被 final 修饰且在声明时用常量（字面量）初始化时，b1 和 b2 成为编译时常量 (Compile-time constants)。

常量折叠 (Constant Folding)： Java 编译器会对涉及编译时常量的表达式进行常量折叠优化。即编译器在编译阶段就直接计算出 b1 + b2 的结果。它看到 1 + 3，直接计算得到常量 4。

编译时检查常量值： 此时，赋值语句 byte b3 = b1 + b2; 在编译期间实际上被看作是 byte b3 = 4;。Java 编译器特殊规则：如果一个 int 类型的常量值（字面量或编译时常量表达式的结果）在 byte 类型的表示范围内（-128 到 127），那么编译器允许将这个 int 常量隐式地赋值给 byte 变量。

赋值通过： 因为 4 在 byte 的范围 -128, 127 之内，所以编译器认为这个赋值是安全的，不会导致信息丢失，因此编译通过。

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