第3讲 | 谈谈final、finally、 finalize有什么不同?

Java语言有很多看起来很相似,但是用途却完全不同的语言要素,这些内容往往容易成为面试官考察你知识掌握程度的切入点。

今天,我要问你的是一个经典的Java基础题目,谈谈final、finally、 finalize有什么不同?

典型回答

final可以用来修饰类、方法、变量,分别有不同的意义,final修饰的class代表不可以继承扩展,final的变量是不可以修改的,而final的方法也是不可以重写的(override)。

finally则是Java保证重点代码一定要被执行的一种机制。我们可以使用try-finally或者try-catch-finally来进行类似关闭JDBC连接、保证unlock锁等动作。

finalize是基础类java.lang.Object的一个方法,它的设计目的是保证对象在被垃圾收集前完成特定资源的回收。finalize机制现在已经不推荐使用,并且在JDK 9开始被标记为deprecated。

考点分析

这是一个非常经典的Java基础问题,我上面的回答主要是从语法和使用实践角度出发的,其实还有很多方面可以深入探讨,面试官还可以考察你对性能、并发、对象生命周期或垃圾收集基本过程等方面的理解。

推荐使用final关键字来明确表示我们代码的语义、逻辑意图,这已经被证明在很多场景下是非常好的实践,比如:

我们可以将方法或者类声明为final,这样就可以明确告知别人,这些行为是不许修改的。

如果你关注过Java核心类库的定义或源码, 有没有发现java.lang包下面的很多类,相当一部分都被声明成为final class?在第三方类库的一些基础类中同样如此,这可以有效避免API使用者更改基础功能,某种程度上,这是保证平台安全的必要手段。

使用final修饰参数或者变量,也可以清楚地避免意外赋值导致的编程错误,甚至,有人明确推荐将所有方法参数、本地变量、成员变量声明成final。

final变量产生了某种程度的不可变(immutable)的效果,所以,可以用于保护只读数据,尤其是在并发编程中,因为明确地不能再赋值final变量,有利于减少额外的同步开销,也可以省去一些防御性拷贝的必要。

final也许会有性能的好处,很多文章或者书籍中都介绍了可在特定场景提高性能,比如,利用final可能有助于JVM将方法进行内联,可以改善编译器进行条件编译的能力等等。坦白说,很多类似的结论都是基于假设得出的,比如现代高性能JVM(如HotSpot)判断内联未必依赖final的提示,要相信JVM还是非常智能的。类似的,final字段对性能的影响,大部分情况下,并没有考虑的必要。

从开发实践的角度,我不想过度强调这一点,这是和JVM的实现很相关的,未经验证比较难以把握。我的建议是,在日常开发中,除非有特别考虑,不然最好不要指望这种小技巧带来的所谓性能好处,程序最好是体现它的语义目的。如果你确实对这方面有兴趣,可以查阅相关资料,我就不再赘述了,不过千万别忘了验证一下。

对于finally,明确知道怎么使用就足够了。需要关闭的连接等资源,更推荐使用Java 7中添加的try-with-resources语句,因为通常Java平台能够更好地处理异常情况,编码量也要少很多,何乐而不为呢。

另外,我注意到有一些常被考到的finally问题(也比较偏门),至少需要了解一下。比如,下面代码会输出什么?

try {

  // do something

  System.exit(1);

} finally{

  System.out.println(“Print from finally”);

}

上面finally里面的代码可不会被执行的哦,这是一个特例。

对于finalize,我们要明确它是不推荐使用的,业界实践一再证明它不是个好的办法,在Java 9中,甚至明确将Object.finalize()标记为deprecated!如果没有特别的原因,不要实现finalize方法,也不要指望利用它来进行资源回收。

为什么呢?简单说,你无法保证finalize什么时候执行,执行的是否符合预期。使用不当会影响性能,导致程序死锁、挂起等。

通常来说,利用上面的提到的try-with-resources或者try-finally机制,是非常好的回收资源的办法。如果确实需要额外处理,可以考虑Java提供的Cleaner机制或者其他替代方法。接下来,我来介绍更多设计考虑和实践细节。

知识扩展

1.注意,final不是immutable!

我在前面介绍了final在实践中的益处,需要注意的是,final并不等同于immutable,比如下面这段代码:

final List<String> strList = new ArrayList<>();

strList.add("Hello");

strList.add("world"); 

List<String> unmodifiableStrList = List.of("hello", "world");

unmodifiableStrList.add("again");

final只能约束strList这个引用不可以被赋值,但是strList对象行为不被final影响,添加元素等操作是完全正常的。如果我们真的希望对象本身是不可变的,那么需要相应的类支持不可变的行为。在上面这个例子中,List.of方法创建的本身就是不可变List,最后那句add是会在运行时抛出异常的。

Immutable在很多场景是非常棒的选择,某种意义上说,Java语言目前并没有原生的不可变支持,如果要实现immutable的类,我们需要做到:

将class自身声明为final,这样别人就不能扩展来绕过限制了。

将所有成员变量定义为private和final,并且不要实现setter方法。

通常构造对象时,成员变量使用深度拷贝来初始化,而不是直接赋值,这是一种防御措施,因为你无法确定输入对象不被其他人修改。

如果确实需要实现getter方法,或者其他可能会返回内部状态的方法,使用copy-on-write原则,创建私有的copy。

这些原则是不是在并发编程实践中经常被提到?的确如此。

关于setter/getter方法,很多人喜欢直接用IDE一次全部生成,建议最好是你确定有需要时再实现。

2.finalize真的那么不堪?

前面简单介绍了finalize是一种已经被业界证明了的非常不好的实践,那么为什么会导致那些问题呢?

finalize的执行是和垃圾收集关联在一起的,一旦实现了非空的finalize方法,就会导致相应对象回收呈现数量级上的变慢,有人专门做过benchmark,大概是40~50倍的下降。

因为,finalize被设计成在对象被垃圾收集前调用,这就意味着实现了finalize方法的对象是个“特殊公民”,JVM要对它进行额外处理。finalize本质上成为了快速回收的阻碍者,可能导致你的对象经过多个垃圾收集周期才能被回收。

有人也许会问,我用System.runFinalization()告诉JVM积极一点,是不是就可以了?也许有点用,但是问题在于,这还是不可预测、不能保证的,所以本质上还是不能指望。实践中,因为finalize拖慢垃圾收集,导致大量对象堆积,也是一种典型的导致OOM的原因。

从另一个角度,我们要确保回收资源就是因为资源都是有限的,垃圾收集时间的不可预测,可能会极大加剧资源占用。这意味着对于消耗非常高频的资源,千万不要指望finalize去承担资源释放的主要职责,最多让finalize作为最后的“守门员”,况且它已经暴露了如此多的问题。这也是为什么我推荐,资源用完即显式释放,或者利用资源池来尽量重用

finalize还会掩盖资源回收时的出错信息,我们看下面一段JDK的源代码,截取自java.lang.ref.Finalizer

private void runFinalizer(JavaLangAccess jla) {

//  ... 省略部分代码

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();

}

结合我上期专栏介绍的异常处理实践,你认为这段代码会导致什么问题?

是的,你没有看错,这里的Throwable是被生吞了的!也就意味着一旦出现异常或者出错,你得不到任何有效信息。况且,Java在finalize阶段也没有好的方式处理任何信息,不然更加不可预测。

3.有什么机制可以替换finalize吗?

Java平台目前在逐步使用java.lang.ref.Cleaner来替换掉原有的finalize实现。Cleaner的实现利用了幻象引用(PhantomReference),这是一种常见的所谓post-mortem清理机制。我会在后面的专栏系统介绍Java的各种引用,利用幻象引用和引用队列,我们可以保证对象被彻底销毁前做一些类似资源回收的工作,比如关闭文件描述符(操作系统有限的资源),它比finalize更加轻量、更加可靠。

吸取了finalize里的教训,每个Cleaner的操作都是独立的,它有自己的运行线程,所以可以避免意外死锁等问题。

实践中,我们可以为自己的模块构建一个Cleaner,然后实现相应的清理逻辑。下面是JDK自身提供的样例程序:

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,从可预测性的角度来判断,Cleaner或者幻象引用改善的程度仍然是有限的,如果由于种种原因导致幻象引用堆积,同样会出现问题。所以,Cleaner适合作为一种最后的保证手段,而不是完全依赖Cleaner进行资源回收,不然我们就要再做一遍finalize的噩梦了。

我也注意到很多第三方库自己直接利用幻象引用定制资源收集,比如广泛使用的MySQL JDBC driver之一的mysql-connector-j,就利用了幻象引用机制。幻象引用也可以进行类似链条式依赖关系的动作,比如,进行总量控制的场景,保证只有连接被关闭,相应资源被回收,连接池才能创建新的连接。

另外,这种代码如果稍有不慎添加了对资源的强引用关系,就会导致循环引用关系,前面提到的MySQL JDBC就在特定模式下有这种问题,导致内存泄漏。上面的示例代码中,将State定义为static,就是为了避免普通的内部类隐含着对外部对象的强引用,因为那样会使外部对象无法进入幻象可达的状态。

今天,我从语法角度分析了final、finally、finalize,并从安全、性能、垃圾收集等方面逐步深入,探讨了实践中的注意事项,希望对你有所帮助。

©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 194,242评论 5 459
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 81,769评论 2 371
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 141,484评论 0 319
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 52,133评论 1 263
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 61,007评论 4 355
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 46,080评论 1 272
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 36,496评论 3 381
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 35,190评论 0 253
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 39,464评论 1 290
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 34,549评论 2 309
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 36,330评论 1 326
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 32,205评论 3 312
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 37,567评论 3 298
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 28,889评论 0 17
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 30,160评论 1 250
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 41,475评论 2 341
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 40,650评论 2 335

推荐阅读更多精彩内容