Java 語言有很多看起來很相似，但是用途卻完全不同的語言要素，這些內容往往容易成為面試官考察你知識掌握程度的切入點。 今天，我要問你的是一個經典的 Java 基礎題目，談談 final、finally、 finalize 有什么不同？ ## 典型回答 final 可以用來修飾類、方法、變量，分別有不同的意義，final 修飾的 class 代表不可以繼承擴展，final 的變量是不可以修改的，而 final 的方法也是不可以重寫的（override）。 finally 則是 Java 保證重點代碼一定要被執行的一種機制。我們可以使用 try-finally 或者 try-catch-finally 來進行類似關閉 JDBC 連接、保證 unlock 鎖等動作。 finalize 是基礎類 java.lang.Object 的一個方法，它的設計目的是保證對象在被垃圾收集前完成特定資源的回收。finalize 機制現在已經不推薦使用，并且在 JDK 9 開始被標記為 deprecated。 ## 考點分析 這是一個非常經典的 Java 基礎問題，我上面的回答主要是從語法和使用實踐角度出發的，其實還有很多方面可以深入探討，面試官還可以考察你對性能、并發、對象生命周期或垃圾收集基本過程等方面的理解。 推薦使用 final 關鍵字來明確表示我們代碼的語義、邏輯意圖，這已經被證明在很多場景下是非常好的實踐，比如： * 我們可以將方法或者類聲明為 final，這樣就可以明確告知別人，這些行為是不許修改的。 如果你關注過 Java 核心類庫的定義或源碼， 有沒有發現 java.lang 包下面的很多類，相當一部分都被聲明成為 final class？在第三方類庫的一些基礎類中同樣如此，這可以有效避免 API 使用者更改基礎功能，某種程度上，這是保證平臺安全的必要手段。 * 使用 final 修飾參數或者變量，也可以清楚地避免意外賦值導致的編程錯誤，甚至，有人明確推薦將所有方法參數、本地變量、成員變量聲明成 final。 * final 變量產生了某種程度的不可變（immutable）的效果，所以，可以用于保護只讀數據，尤其是在并發編程中，因為明確地不能再賦值 final 變量，有利于減少額外的同步開銷，也可以省去一些防御性拷貝的必要。 final 也許會有性能的好處，很多文章或者書籍中都介紹了可在特定場景提高性能，比如，利用 final 可能有助于 JVM 將方法進行內聯，可以改善編譯器進行條件編譯的能力等等。坦白說，很多類似的結論都是基于假設得出的，比如現代高性能 JVM（如 HotSpot）判斷內聯未必依賴 final 的提示，要相信 JVM 還是非常智能的。類似的，final 字段對性能的影響，大部分情況下，并沒有考慮的必要。 從開發實踐的角度，我不想過度強調這一點，這是和 JVM 的實現很相關的，未經驗證比較難以把握。我的建議是，在日常開發中，除非有特別考慮，不然最好不要指望這種小技巧帶來的所謂性能好處，程序最好是體現它的語義目的。如果你確實對這方面有興趣，可以查閱相關資料，我就不再贅述了，不過千萬別忘了驗證一下。 對于 finally，明確知道怎么使用就足夠了。需要關閉的連接等資源，更推薦使用 Java 7 中添加的 try-with-resources 語句，因為通常 Java 平臺能夠更好地處理異常情況，編碼量也要少很多，何樂而不為呢。 另外，我注意到有一些常被考到的 finally 問題（也比較偏門），至少需要了解一下。比如，下面代碼會輸出什么？ ~~~ try { // do something System.exit(1); } finally{ System.out.println(“Print from finally”); } ~~~ 上面 finally 里面的代碼可不會被執行的哦，這是一個特例。 對于 finalize，我們要明確它是不推薦使用的，業界實踐一再證明它不是個好的辦法，在 Java 9 中，甚至明確將 Object.finalize() 標記為 deprecated！如果沒有特別的原因，不要實現 finalize 方法，也不要指望利用它來進行資源回收。 為什么呢？簡單說，你無法保證 finalize 什么時候執行，執行的是否符合預期。使用不當會影響性能，導致程序死鎖、掛起等。 通常來說，利用上面的提到的 try-with-resources 或者 try-finally 機制，是非常好的回收資源的辦法。如果確實需要額外處理，可以考慮 Java 提供的 Cleaner 機制或者其他替代方法。接下來，我來介紹更多設計考慮和實踐細節。 ## 知識擴展 1\. 注意，final 不是 immutable！ 我在前面介紹了 final 在實踐中的益處，需要注意的是，**final 并不等同于 immutable**，比如下面這段代碼： ~~~ final List<String> strList = new ArrayList<>(); strList.add("Hello"); strList.add("world"); List<String> unmodifiableStrList = List.of("hello", "world"); unmodifiableStrList.add("again"); ~~~ final 只能約束 strList 這個引用不可以被賦值，但是 strList 對象行為不被 final 影響，添加元素等操作是完全正常的。如果我們真的希望對象本身是不可變的，那么需要相應的類支持不可變的行為。在上面這個例子中，[List.of 方法](http://openjdk.java.net/jeps/269)創建的本身就是不可變 List，最后那句 add 是會在運行時拋出異常的。 Immutable 在很多場景是非常棒的選擇，某種意義上說，Java 語言目前并沒有原生的不可變支持，如果要實現 immutable 的類，我們需要做到： * 將 class 自身聲明為 final，這樣別人就不能擴展來繞過限制了。 * 將所有成員變量定義為 private 和 final，并且不要實現 setter 方法。 * 通常構造對象時，成員變量使用深度拷貝來初始化，而不是直接賦值，這是一種防御措施，因為你無法確定輸入對象不被其他人修改。 * 如果確實需要實現 getter 方法，或者其他可能會返回內部狀態的方法，使用 copy-on-write 原則，創建私有的 copy。 這些原則是不是在并發編程實踐中經常被提到？的確如此。 關于 setter/getter 方法，很多人喜歡直接用 IDE 一次全部生成，建議最好是你確定有需要時再實現。 2.finalize 真的那么不堪？ 前面簡單介紹了 finalize 是一種已經被業界證明了的非常不好的實踐，那么為什么會導致那些問題呢？ finalize 的執行是和垃圾收集關聯在一起的，一旦實現了非空的 finalize 方法，就會導致相應對象回收呈現數量級上的變慢，有人專門做過 benchmark，大概是 40~50 倍的下降。 因為，finalize 被設計成在對象**被垃圾收集前**調用，這就意味著實現了 finalize 方法的對象是個“特殊公民”，JVM 要對它進行額外處理。finalize 本質上成為了快速回收的阻礙者，可能導致你的對象經過多個垃圾收集周期才能被回收。 有人也許會問，我用 System.runFinalization?() 告訴 JVM 積極一點，是不是就可以了？也許有點用，但是問題在于，這還是不可預測、不能保證的，所以本質上還是不能指望。實踐中，因為 finalize 拖慢垃圾收集，導致大量對象堆積，也是一種典型的導致 OOM 的原因。 從另一個角度，我們要確保回收資源就是因為資源都是有限的，垃圾收集時間的不可預測，可能會極大加劇資源占用。這意味著對于消耗非常高頻的資源，千萬不要指望 finalize 去承擔資源釋放的主要職責，最多讓 finalize 作為最后的“守門員”，況且它已經暴露了如此多的問題。這也是為什么我推薦，**資源用完即顯式釋放，或者利用資源池來盡量重用**。 finalize 還會掩蓋資源回收時的出錯信息，我們看下面一段 JDK 的源代碼，截取自 java.lang.ref.Finalizer ~~~ private void runFinalizer(JavaLangAccess jla) { // ... 省略部分代碼 try { Object finalizee = this.get(); if (finalizee != null && !(finalizee instanceof java.lang.Enum)) { jla.invokeFinalize(finalizee); // Clear stack slot containing this variable, to decrease // the chances of false retention with a conservative GC finalizee = null; } } catch (Throwable x) { } super.clear(); } ~~~ 結合我上期專欄介紹的異常處理實踐，你認為這段代碼會導致什么問題？ 是的，你沒有看錯，這里的**Throwable 是被生吞了的！**也就意味著一旦出現異常或者出錯，你得不到任何有效信息。況且，Java 在 finalize 階段也沒有好的方式處理任何信息，不然更加不可預測。 3\. 有什么機制可以替換 finalize 嗎？ Java 平臺目前在逐步使用 java.lang.ref.Cleaner 來替換掉原有的 finalize 實現。Cleaner 的實現利用了幻象引用（PhantomReference），這是一種常見的所謂 post-mortem 清理機制。我會在后面的專欄系統介紹 Java 的各種引用，利用幻象引用和引用隊列，我們可以保證對象被徹底銷毀前做一些類似資源回收的工作，比如關閉文件描述符（操作系統有限的資源），它比 finalize 更加輕量、更加可靠。 吸取了 finalize 里的教訓，每個 Cleaner 的操作都是獨立的，它有自己的運行線程，所以可以避免意外死鎖等問題。 實踐中，我們可以為自己的模塊構建一個 Cleaner，然后實現相應的清理邏輯。下面是 JDK 自身提供的樣例程序： ~~~ public class CleaningExample implements AutoCloseable { // A cleaner, preferably one shared within a library private static final Cleaner cleaner = <cleaner>; static class State implements Runnable { State(...) { // initialize State needed for cleaning action } public void run() { // cleanup action accessing State, executed at most once } } private final State; private final Cleaner.Cleanable cleanable public CleaningExample() { this.state = new State(...); this.cleanable = cleaner.register(this, state); } public void close() { cleanable.clean(); } } ~~~ 注意，從可預測性的角度來判斷，Cleaner 或者幻象引用改善的程度仍然是有限的，如果由于種種原因導致幻象引用堆積，同樣會出現問題。所以，Cleaner 適合作為一種最后的保證手段，而不是完全依賴 Cleaner 進行資源回收，不然我們就要再做一遍 finalize 的噩夢了。 我也注意到很多第三方庫自己直接利用幻象引用定制資源收集，比如廣泛使用的 MySQL JDBC driver 之一的 mysql-connector-j，就利用了幻象引用機制。幻象引用也可以進行類似鏈條式依賴關系的動作，比如，進行總量控制的場景，保證只有連接被關閉，相應資源被回收，連接池才能創建新的連接。 另外，這種代碼如果稍有不慎添加了對資源的強引用關系，就會導致循環引用關系，前面提到的 MySQL JDBC 就在特定模式下有這種問題，導致內存泄漏。上面的示例代碼中，將 State 定義為 static，就是為了避免普通的內部類隱含著對外部對象的強引用，因為那樣會使外部對象無法進入幻象可達的狀態。 今天，我從語法角度分析了 final、finally、finalize，并從安全、性能、垃圾收集等方面逐步深入，探討了實踐中的注意事項，希望對你有所幫助。 ## 一課一練 關于今天我們討論的題目你做到心中有數了嗎？也許你已經注意到了，JDK 自身使用的 Cleaner 機制仍然是有缺陷的，你有什么更好的建議嗎？