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Java面向对象编程中final关键字的使用方法详解

在Java中通过final关键字来声明对象具有不变性(immutable),这里的对象包括变量,方法,类,与C++中的const关键字效果类似。
immutable指对象在创建之后,状态无法被改变
可以从三个角度考虑使用final关键字:

  • 代码本身:不希望final描述的对象所表现的含义被改变
  • 安全:final对象具有只读属性,是线程安全的
  • 效率:无法修改final对象本身,对其引用的操作更为高效

final 变量
定义final Object a,则a只能被初始化一次,一旦初始化,a的数据无法修改,若a为引用类型,则不能重新绑定其他对象。
未被初始化的final变量被称为blank final,若为成员变量,则必须被初始化或在构造器中赋值。
例子:

class Circle {
 static final double PI = 3.1415926;
 final int radius = 5;
 final int xPos;
 final int yPos;
 public Circle(int x, int y) {
 xPos = x; 
 yPos = y;
 }
}

final 方法
定义final method,则该方法无法被重载,方法设计者不希望由于对方法的重载导致其他相关功能出现异常。
例子:

class BaseClass {
 public final void method() {}
}

class DerivedClass extends BaseClass {
 public final void method() {} // 编译出错
}

需要注意的是,final方法的定义不一定能够产生inline的效果,因为方法是否inline取决于JVM的策略,而非final关键字,通过final的设计提高方法效率是不准确的。

final 类
final class X定义的类X无法被继承。
在Java中,String类被设计成final,其定义如下

代码如下:
public class final String extends Object  implements Serializable, Comparable<String>, CharSequence

为什么String被设计成final?
  • 一个String类的实例被初始化后,其在堆上的内容无法被改变,String类提供的任何修改String对象的方法都只能够产生一个新的String对象,大大简化了对String的操作,是代码更易于阅读和理解;
  • String final是实现String interning(在内存中不同的string值只有一份)的必要条件,因为通常代码中存在大量的String对象,不同的引用会指向相同的字符串空间,若String不为final,则当一个字符串空间的内容改变时,所有的引用都需要知道这一情况,这一机制的实现是十分复杂的,无疑会影响效率。String interning能够节省内存空间,同时也节省时间花销;
  • String只读,则不必担心非常重要的内容被篡改。

内部类与final
在一个方法内定义匿名内部类时,内部类只能访问方法内的final类型变量,使得Java编译器能够提前捕获变量的值,并在内部类保存一份副本,当方法销毁时,内部类的内存空间依然完整。
例子:

public class Wrapper {

  public static void main(String[] args) {
   
    // Object obj = null; //编译出错
    final Object obj = null;
    new Thread(new Runnable() {
     public void run() {
     obj = "hello";
     }
    }).start();
  }
}

PS:内部匿名类无法访问外面的非 final 的变量的问题
这个听起来有点拗口,其实我更多的是想说 Java 内部类的一些特性。

之所以会想起这个题目只要是最近在阅读 JDK 源码中关于 HTTP keepalive 的代码时,其中一个源文件 sun.net.www.protocol.http.HttpURLConnection.java 无意中看到下面这段代码。

final boolean result[] = {false};
java.security.AccessController.doPrivileged(new java.security.PrivilegedAction() {
  public Object run() {
    try {
      InetAddress a1 = InetAddress.getByName(h1);
      InetAddress a2 = InetAddress.getByName(h2);
      result[0] = a1.equals(a2);
    } catch (UnknownHostException e) {
    } catch (SecurityException e) {
    }
    return null;
  }
});

return result[0];

Java 的匿名内部类无法访问对应的函数的非 final 变量。要想访问外部的 local variable, 这个variable 又必须要先定义成 fianl, 但是一定义成 final 就不能在匿名内部类中修改这个变量的值,所以要想匿名内部类返回一些有用的值时不是那么的容易。这段代码使用了一个非常巧妙的方法,这里使用数组的方式绕过这个限制,虽然我们无法修改 result 这个变量的引用,但是我们可以修改 result 指向的那个数组的内容。

只是想记录一下内部匿名类修改外部变量的一个小技巧。不过既然已经到了这里,不妨继续的看看内部类都有哪些特性或者限制吧。

在继续本文前,我觉得非常有必要的明确下本文中涉及的一些 Java 术语,这些术语不太好翻译成中文,所以我们还是用英文来描述。

// This is class
public class JavaTerm {

  // field or member variable
  private int field;

  // constructor
  public JavaTerm() {
  }

  // method
  public void method() {

    // local variable
    int localVariable = 0;

    // local class
    class LocalClass {
      public LocalClass() {
      }
    }
    // anonymous class
    new Runnable() {
      public void run() {
      }
    };
  }
}

我们今天更多的将关注于 local class 和 anonymous class,它们都属于 inner class。

Java 允许我们在一个 class 里面再定义一个 class, 称为嵌套类(nested class), nested class 又可以分为两类,一类是 static nested class, 另外一个是 non-static nested class, 又称为 inner class。inner class 又可以分为 local class 和 anonymous class。

anonymous class 的一些限制

  • 一个 anonymous class 可以访问包含它的类的类变量(field/member variable)
  • 一个 anonymous class 不能访问包含它的作用于中的不是 final 的本地变量(local variable)
  • 和 nested class 一样,anonymous class 中定义的 variable 会覆盖包含这个内部类的作用域中的同名的 variable
  • 你不能定义静态的初始化方法
  • 一个 anonymous class 可以有静态的成员变量。这个成员变量必须是常量(用 final 修饰)。
  • 一个 anonymous class 不可以有构造函数

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