JAVA笔试面试必考题系列（四）——final、finally和finalize的区别

JAVA面试题解惑系列（四）——final、finally和finalize的区别

关键字: java 面试题 final finally finalize

作者：臧圩人（zangweiren）
网址：http://zangweiren.iteye.com

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final、finally和finalize的区别是什么？

这是一道再经典不过的面试题了，我们在各个公司的面试题中几乎都能看到它的身影。final、finally和finalize虽然长得像孪生三兄弟一样，但是它们的含义和用法却是大相径庭。这一次我们就一起来回顾一下这方面的知识。

final关键字

我们首先来说说final。它可以用于以下四个地方：

1. 定义变量，包括静态的和非静态的。
2. 定义方法的参数。
3. 定义方法。
4. 定义类。

我们依次来回顾一下每种情况下final的作用。首先来看第一种情况，如果final修饰的是一个基本类型，就表示这个变量被赋予的值是不可变的，即它是个常量；如果final修饰的是一个对象，就表示这个变量被赋予的引用是不可变的，这里需要提醒大家注意的是，不可改变的只是这个变量所保存的引用，并不是这个引用所指向的对象。在第二种情况下，final的含义与第一种情况相同。实际上对于前两种情况，有一种更贴切的表述final的含义的描述，那就是，如果一个变量或方法参数被final修饰，就表示它只能被赋值一次，但是JAVA虚拟机为变量设定的默认值不记作一次赋值。

被final修饰的变量必须被初始化。初始化的方式有以下几种：

1. 在定义的时候初始化。
2. final变量可以在初始化块中初始化，不可以在静态初始化块中初始化。
3. 静态final变量可以在静态初始化块中初始化，不可以在初始化块中初始化。
4. final变量还可以在类的构造器中初始化，但是静态final变量不可以。

通过下面的代码可以验证以上的观点：

public class FinalTest {
     // 在定义时初始化
     public final int A = 10;

     public final int B;
     // 在初始化块中初始化
    {
         B = 20;
    }

     // 非静态final变量不能在静态初始化块中初始化
     // public final int C;
     // static {
     // C = 30;
     // }

     // 静态常量，在定义时初始化
     public static final int STATIC_D = 40;

     public static final int STATIC_E;
     // 静态常量，在静态初始化块中初始化
     static {
         STATIC_E = 50;
    }

     // 静态变量不能在初始化块中初始化
     // public static final int STATIC_F;
     // {
     // STATIC_F = 60;
     // }

     public final int G;

     // 静态final变量不可以在构造器中初始化
     // public static final int STATIC_H;

     // 在构造器中初始化
     public FinalTest() {
         G = 70;
         // 静态final变量不可以在构造器中初始化
         // STATIC_H = 80;

         // 给final的变量第二次赋值时，编译会报错
         // A = 99;
         // STATIC_D = 99;
    }

     // final变量未被初始化，编译时就会报错
     // public final int I;

     // 静态final变量未被初始化，编译时就会报错
     // public static final int STATIC_J;
}

public class FinalTest {
	// 在定义时初始化
	public final int A = 10;

	public final int B;
	// 在初始化块中初始化
	{
		B = 20;
	}

	// 非静态final变量不能在静态初始化块中初始化
	// public final int C;
	// static {
	// C = 30;
	// }

	// 静态常量，在定义时初始化
	public static final int STATIC_D = 40;

	public static final int STATIC_E;
	// 静态常量，在静态初始化块中初始化
	static {
		STATIC_E = 50;
	}

	// 静态变量不能在初始化块中初始化
	// public static final int STATIC_F;
	// {
	// STATIC_F = 60;
	// }

	public final int G;

	// 静态final变量不可以在构造器中初始化
	// public static final int STATIC_H;

	// 在构造器中初始化
	public FinalTest() {
		G = 70;
		// 静态final变量不可以在构造器中初始化
		// STATIC_H = 80;

		// 给final的变量第二次赋值时，编译会报错
		// A = 99;
		// STATIC_D = 99;
	}

	// final变量未被初始化，编译时就会报错
	// public final int I;

	// 静态final变量未被初始化，编译时就会报错
	// public static final int STATIC_J;
}

我们运行上面的代码之后出了可以发现final变量（常量）和静态final变量（静态常量）未被初始化时，编译会报错。

用final修饰的变量（常量）比非final的变量（普通变量）拥有更高的效率，因此我们在实际编程中应该尽可能多的用常量来代替普通变量，这也是一个很好的编程习惯。

当final用来定义一个方法时，会有什么效果呢？正如大家所知，它表示这个方法不可以被子类重写，但是它这不影响它被子类继承。我们写段代码来验证一下：

class ParentClass {
     public final void TestFinal() {
         System.out.println("父类--这是一个final方法");
    }
}

 public class SubClass extends ParentClass {
     /**
     * 子类无法重写（override）父类的final方法，否则编译时会报错
     */
     // public void TestFinal() {
     // System.out.println("子类--重写final方法");
     // }

     public static void main(String[] args) {
         SubClass sc = new SubClass();
        sc.TestFinal();
    }
}

class ParentClass {
	public final void TestFinal() {
		System.out.println("父类--这是一个final方法");
	}
}

public class SubClass extends ParentClass {
	/**
	 * 子类无法重写（override）父类的final方法，否则编译时会报错
	 */
	// public void TestFinal() {
	// System.out.println("子类--重写final方法");
	// }
	
	public static void main(String[] args) {
		SubClass sc = new SubClass();
		sc.TestFinal();
	}
}

这里需要特殊说明的是，具有private访问权限的方法也可以增加final修饰，但是由于子类无法继承private方法，因此也无法重写它。编译器在处理private方法时，是按照final方法来对待的，这样可以提高该方法被调用时的效率。不过子类仍然可以定义同父类中的private方法具有同样结构的方法，但是这并不会产生重写的效果，而且它们之间也不存在必然联系。

最后我们再来回顾一下final用于类的情况。这个大家应该也很熟悉了，因为我们最常用的String类就是final的。由于final类不允许被继承，编译器在处理时把它的所有方法都当作final的，因此final类比普通类拥有更高的效率。而由关键字abstract定义的抽象类含有必须由继承自它的子类重载实现的抽象方法，因此无法同时用final和abstract来修饰同一个类。同样的道理，final也不能用来修饰接口。final的类的所有方法都不能被重写，但这并不表示final的类的属性（变量）值也是不可改变的，要想做到final类的属性值不可改变，必须给它增加final修饰，请看下面的例子：

public final class FinalTest {

     int i = 10;

     public static void main(String[] args) {
         FinalTest ft = new FinalTest();
         ft.i = 99;
        System.out.println(ft.i);
    }
}

public final class FinalTest {

	int i = 10;

	public static void main(String[] args) {
		FinalTest ft = new FinalTest();
		ft.i = 99;
		System.out.println(ft.i);
	}
}

运行上面的代码试试看，结果是99，而不是初始化时的10。

finally语句

接下来我们一起回顾一下finally的用法。这个就比较简单了，它只能用在try/catch语句中，并且附带着一个语句块，表示这段语句最终总是被执行。请看下面的代码：

public final class FinallyTest {
     public static void main(String[] args) {
         try {
             throw new NullPointerException();
         } catch (NullPointerException e) {
             System.out.println("程序抛出了异常");
         } finally {
             System.out.println("执行了finally语句块");
        }
    }
}

public final class FinallyTest {
	public static void main(String[] args) {
		try {
			throw new NullPointerException();
		} catch (NullPointerException e) {
			System.out.println("程序抛出了异常");
		} finally {
			System.out.println("执行了finally语句块");
		}
	}
}

运行结果说明了finally的作用：

1. 程序抛出了异常
2. 执行了finally语句块

请大家注意，捕获程序抛出的异常之后，既不加处理，也不继续向上抛出异常，并不是良好的编程习惯，它掩盖了程序执行中发生的错误，这里只是方便演示，请不要学习。

那么，有没有一种情况使finally语句块得不到执行呢？大家可能想到了return、continue、break这三个可以打乱代码顺序执行语句的规律。那我们就来试试看，这三个语句是否能影响finally语句块的执行：

public final class FinallyTest {

     // 测试return语句
     public ReturnClass testReturn() {
         try {
             return new ReturnClass();
         } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
         } finally {
             System.out.println("执行了finally语句");
        }
         return null;
    }

     // 测试continue语句
     public void testContinue() {
         for (int i = 0; i < 3; i++) {
             try {
                System.out.println(i);
                 if (i == 1) {
                     continue;
                }
             } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
             } finally {
                 System.out.println("执行了finally语句");
            }
        }
    }

     // 测试break语句
     public void testBreak() {
         for (int i = 0; i < 3; i++) {
             try {
                System.out.println(i);
                 if (i == 1) {
                     break;
                }
             } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
             } finally {
                 System.out.println("执行了finally语句");
            }
        }
    }

     public static void main(String[] args) {
         FinallyTest ft = new FinallyTest();
         // 测试return语句
        ft.testReturn();
        System.out.println();
         // 测试continue语句
        ft.testContinue();
        System.out.println();
         // 测试break语句
        ft.testBreak();
    }
}

 class ReturnClass {
     public ReturnClass() {
         System.out.println("执行了return语句");
    }
}

public final class FinallyTest {

	// 测试return语句
	public ReturnClass testReturn() {
		try {
			return new ReturnClass();
		} catch (Exception e) {
			e.printStackTrace();
		} finally {
			System.out.println("执行了finally语句");
		}
		return null;
	}

	// 测试continue语句
	public void testContinue() {
		for (int i = 0; i < 3; i++) {
			try {
				System.out.println(i);
				if (i == 1) {
					continue;
				}
			} catch (Exception e) {
				e.printStackTrace();
			} finally {
				System.out.println("执行了finally语句");
			}
		}
	}

	// 测试break语句
	public void testBreak() {
		for (int i = 0; i < 3; i++) {
			try {
				System.out.println(i);
				if (i == 1) {
					break;
				}
			} catch (Exception e) {
				e.printStackTrace();
			} finally {
				System.out.println("执行了finally语句");
			}
		}
	}

	public static void main(String[] args) {
		FinallyTest ft = new FinallyTest();
		// 测试return语句
		ft.testReturn();
		System.out.println();
		// 测试continue语句
		ft.testContinue();
		System.out.println();
		// 测试break语句
		ft.testBreak();
	}
}

class ReturnClass {
	public ReturnClass() {
		System.out.println("执行了return语句");
	}
}

上面这段代码的运行结果如下：

1. 执行了return语句
2. 执行了finally语句
3. 0
4. 执行了finally语句
5. 1
6. 执行了finally语句
7. 2
8. 执行了finally语句
9. 0
10. 执行了finally语句
11. 1
12. 执行了finally语句

很明显，return、continue和break都没能阻止finally语句块的执行。从输出的结果来看，return语句似乎在finally语句块之前执行了，事实真的如此吗？我们来想想看，return语句的作用是什么呢？是退出当前的方法，并将值或对象返回。如果finally语句块是在return语句之后执行的，那么return语句被执行后就已经退出当前方法了，finally语句块又如何能被执行呢？因此，正确的执行顺序应该是这样的：编译器在编译return new ReturnClass();时，将它分成了两个步骤，new ReturnClass()和return，前一个创建对象的语句是在finally语句块之前被执行的，而后一个return语句是在finally语句块之后执行的，也就是说finally语句块是在程序退出方法之前被执行的。同样，finally语句块是在循环被跳过（continue）和中断（break）之前被执行的。

finalize方法

最后，我们再来看看finalize，它是一个方法，属于java.lang.Object类，它的定义如下：

protected void finalize() throws Throwable { }

protected void finalize() throws Throwable { }

众所周知，finalize()方法是GC（garbage collector）运行机制的一部分，关于GC的知识我们将在后续的章节中来回顾。

在此我们只说说finalize()方法的作用是什么呢？

finalize()方法是在GC清理它所从属的对象时被调用的，如果执行它的过程中抛出了无法捕获的异常（uncaught exception），GC将终止对改对象的清理，并且该异常会被忽略；直到下一次GC开始清理这个对象时，它的finalize()会被再次调用。

请看下面的示例：

public final class FinallyTest {
     // 重写finalize()方法
     protected void finalize() throws Throwable {
         System.out.println("执行了finalize()方法");
    }

     public static void main(String[] args) {
         FinallyTest ft = new FinallyTest();
         ft = null;
        System.gc();
    }
}

public final class FinallyTest {
	// 重写finalize()方法
	protected void finalize() throws Throwable {
		System.out.println("执行了finalize()方法");
	}

	public static void main(String[] args) {
		FinallyTest ft = new FinallyTest();
		ft = null;
		System.gc();
	}
}

运行结果如下：

• 执行了finalize()方法

程序调用了java.lang.System类的gc()方法，引起GC的执行，GC在清理ft对象时调用了它的finalize()方法，因此才有了上面的输出结果。调用System.gc()等同于调用下面这行代码：

Runtime.getRuntime().gc();

Runtime.getRuntime().gc();

调用它们的作用只是建议垃圾收集器（GC）启动，清理无用的对象释放内存空间，但是GC的启动并不是一定的，这由JAVA虚拟机来决定。直到JAVA虚拟机停止运行，有些对象的finalize()可能都没有被运行过，那么怎样保证所有对象的这个方法在JAVA虚拟机停止运行之前一定被调用呢？答案是我们可以调用System类的另一个方法：

public static void runFinalizersOnExit(boolean value) {
     //other code
}

public static void runFinalizersOnExit(boolean value) {
	//other code
}

给这个方法传入true就可以保证对象的finalize()方法在JAVA虚拟机停止运行前一定被运行了，不过遗憾的是这个方法是不安全的，它会导致有用的对象finalize()被误调用，因此已经不被赞成使用了。

由于finalize()属于Object类，因此所有类都有这个方法，Object的任意子类都可以重写（override）该方法，在其中释放系统资源或者做其它的清理工作，如关闭输入输出流。

通过以上知识的回顾，我想大家对于final、finally、finalize的用法区别已经很清楚了。