Java基础--final、finally、 finalize有什么不同?

1. 语法和使用实践角度的不同

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。

2.final

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。

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。

3.finally

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。

4.finalize

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。

5. final 不是 immutable

 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。

6. finalize 真的那么不堪?

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。

7.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。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。
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。
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。

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