Java 中的 final、finally、finalize 有什麼不同？

• 2019 年 10 月 29 日
• 筆記

Java 中 final、finally、finalize 有什麼不同？這是在 Java 面試中經常問到的問題，他們究竟有什麼不同呢？

這三個看起來很相似，其實他們的關係就像卡巴斯基和巴基斯坦一樣有基巴關係。

那麼如果被問到這個問題該怎麼回答呢？首先可以從語法和使用角度出發簡單介紹三者的不同：

• final 可以用來修飾類、方法、變數，分別有不同的意義，final 修飾的 class 代表不可以繼承擴展，final 的變數是不可以修改的，而 final 的方法也是不可以重寫的（override）。
• finally 是 Java 保證重點程式碼一定要被執行的一種機制。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，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，並且在 JDK 9 開始被標記為 deprecated。

如果只回答到這裡，就會沒有亮點，我們可以再深入地去介紹三者的不同，比如從性能、並發、對象生命周期或垃圾收集基本過程等方面去談談自己的理解。

final

使用 final 關鍵字可以明確表示程式碼的語義、邏輯意圖，比如：

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。
Java 核心類庫的定義或源碼，比如 java.lang 包下面的很多類，相當一部分都被聲明成為 final class，比如我們常見的 String 類，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，這是保證平台安全的必要手段。

使用 final 修飾參數或者變數，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、本地變數、成員變數聲明成 final。

final 變數產生了某種程度的不可變（immutable）的效果，所以，可以用於保護只讀數據，尤其是在並發編程中，因為明確地不能再賦值 final 變數，有利於減少額外的同步開銷，也可以省去一些防禦性拷貝的必要。

關於 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 可能有助於 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。我在之前一篇文章進行了介紹，想了解的可以點擊查閱。

擴展閱讀：深入理解 Java 中的 final 關鍵字

final 與 immutable

在前面介紹了 final 在實踐中的益處，需要注意的是，final 並不等同於 immutable，比如下面這段程式碼：

final List<String> strList = new ArrayList<>();  strList.add("wupx");  strList.add("huxy");  List<String> loveList = List.of("wupx", "huxy");  loveList.add("love");

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，那麼需要相應的類支援不可變的行為。在上面這個例子中，List.of 方法創建的本身就是不可變 List，最後那句 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 語言目前並沒有原生的不可變支援，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。

將所有成員變數定義為 private 和 final，並且不要實現 setter 方法。

通常構造對象時，成員變數使用深度拷貝來初始化，而不是直接賦值，這是一種防禦措施，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。

關於 setter/getter 方法，很多人喜歡直接用 IDE 或者 Lombok 一次全部生成，建議最好確定有需要時再實現。

finally

對於 finally，知道怎麼使用就足夠了。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 平台能夠更好地處理異常情況，還可以減少程式碼量。

另外，有一些常被考到的 finally 問題。比如，下面程式碼會輸出什麼？

try {    // do something    System.exit(1);  } finally{    System.out.println("Hello，I am finally。");  }

上面 finally 裡面的程式碼是不會被執行的，因為 try-catch 異常退出了。

像其他 finally 中的程式碼不會執行的情況還有：

// 死循環  try{      while(ture){          System.out.println("always run");      }  }finally{      System.out.println("ummm");  }    // 執行緒被殺死  當執行 try-finally 的執行緒被殺死時，finally 中的程式碼也無法執行。

finalize

對於 finalize，是不推薦使用的，在 Java 9 中，已經將 Object.finalize() 標記為 deprecated。

為什麼呢？因為無法保證 finalize 什麼時候執行，執行的是否符合預期。使用不當會影響性能，導致程式死鎖、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。

為什麼不推薦使用 finalize？

前面簡單介紹了 finalize 是不推薦使用的，究竟為什麼不推薦使用呢？

1. 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。
2. finalize 被設計成在對象被垃圾收集前調用，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，可能導致對象經過多個垃圾收集周期才能被回收。
3. 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。
4. 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佔用。
5. finalize 會掩蓋資源回收時的出錯資訊。

因此對於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。建議資源用完即顯式釋放，或者利用資源池來盡量重用。

下面給出 finalize 掩蓋資源回收時的出錯資訊的例子，讓我們來看 java.lang.ref.Finalizer 的源程式碼：

private void runFinalizer(JavaLangAccess jla) {      //  ... 省略部分程式碼      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();  }

看過之前講解異常文章的朋友，應該可以很快看出 Throwable 是被吞掉的，也就意味著一旦出現異常或者出錯，得不到任何有效資訊。

擴展閱讀：Java 異常處理的 20 個最佳實踐，你知道幾個？

有更好的方法替代 finalize 嗎？

Java 平台目前在逐步使用 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。利用幻象引用和引用隊列，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（作業系統有限的資源），它比 finalize 更加輕量、更加可靠。

每個 Cleaner 的操作都是獨立的，有自己的運行執行緒，所以可以避免意外死鎖等問題。

我們可以為自己的模組構建一個 Cleaner，然後實現相應的清理邏輯，具體程式碼如下：

/**   * Cleaner 是一個用於關閉資源的類，功能類似 finalize 方法   * Cleaner 有自己的執行緒，在所有清理操作完成後，自己會被 GC   * 清理中拋出的異常會被忽略   *   * 清理方法（一個 Runnable）只會運行一次。會在兩種情況下運行：   * 1. 註冊的 Object 處於幻象引用狀態   * 2. 顯式調用 clean 方法   *   * 通過幻象引用和引用隊列實現   * 可以註冊多個對象，通常被定義為靜態（減少執行緒數量）   * 註冊對象後返回的Cleanable對象用於顯式調用 clean 方法   * 實現清理行為的對象（下面的 state），不能擁有被清理對象的引用   * 如果將下面的 State 類改為非靜態，第二個 CleaningExample 將不會被 clean，   * 因為非靜態內部類持有外部對象的引用，外部對象無法進入幻象引用狀態   */  public class CleaningExample implements AutoCloseable {        public static void main(String[] args) {          try {              // 使用JDK7的try with Resources顯式調用clean方法              try (CleaningExample ignored = new CleaningExample()) {                  throw new RuntimeException();              }          } catch (RuntimeException ignored) {          }            // 通過GC調用clean方法          new CleaningExample();          System.gc();      }        private static final Cleaner CLEANER = Cleaner.create();        // 如果是非靜態內部類，則會出錯      static class State implements Runnable {          State() {          }            @Override          public void run() {              System.out.println("Cleaning called");          }      }        private final State state;      private final Cleaner.Cleanable cleanable;        public CleaningExample() {          this.state = new State();          this.cleanable = CLEANER.register(this, state);      }        @Override      public void close() {          cleanable.clean();      }    }

其中，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。

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，如果由於種種原因導致幻象引用堆積，同樣會出現問題。所以，Cleaner 適合作為一種最後的保證手段，而不是完全依賴 Cleaner 進行資源回收。

總結

這篇文章首先從從語法角度分析了 final、finally、finalize，並從安全、性能、垃圾收集等方面逐步深入，詳細地講解了 final、finally、finalize 三者的區別。