面试篇之谈谈static、final关键字(详细)

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final关键字

概念
final在Java中是一个保留的关键字，可以声明成员变量、方法、类以及本地变量。

一旦你将引用声明作final，你将不能改变这个引用了，编译器会检查代码，如果你试图将变量再次初始化的话，编译器会报编译错误。

一、final变量

• final成员变量表示常量，只能被赋值一次，赋值后值不再改变（final要求地址值不能改变）

• 当final修饰一个基本数据类型时，表示该基本数据类型的值一旦在初始化后便不能发生变化；如果final修饰一个引用类型时，则在对其初始化之后便不能再让其指向其他对象了，但该引用所指向的对象的内容是可以发生变化的。本质上是一回事，因为引用的值是一个地址，final要求值，即地址的值不发生变化。

• final修饰一个成员变量（属性），必须要显示初始化。这里有两种初始化方式，一种是在变量声明的时候初始化；第二种方法是在声明变量的时候不赋初值，但是要在这个变量所在的类的所有的构造函数中对这个变量赋初值。

二、final方法
使用final方法的原因有两个。

• 第一个原因是把方法锁定，以防任何继承类修改它的含义，不能被重写；
• 第二个原因是效率，final方法比非final方法要快，因为在编译的时候已经静态绑定了，不需要在运行时再动态绑定。

（注：类的private方法会隐式地被指定为final方法）

三、final类

• 当用final修饰一个类时，表明这个类不能被继承。

• final类中的成员变量可以根据需要设为final，但是要注意final类中的所有成员方法都会被隐式地指定为final方法。

• 在使用final修饰类的时候，要注意谨慎选择，除非这个类真的在以后不会用来继承或者出于安全的考虑，尽量不要将类设计为final类。

四、final使用总结

final关键字的好处：

（1）final关键字提高了性能。JVM和Java应用都会缓存final变量。
（2）final变量可以安全的在多线程环境下进行共享，而不需要额外的同步开销。
（3）使用final关键字，JVM会对方法、变量及类进行优化。

关于final的重要知识点

• final关键字可以用于成员变量、本地变量、方法以及类。
• final成员变量必须在声明的时候初始化或者在构造器中初始化，否则就会报编译错误。 你不能够对final变量再次赋值。
• 本地变量必须在声明时赋值。 在匿名类中所有变量都必须是final变量。 final方法不能被重写。 final类不能被继承。
• final关键字不同于finally关键字，后者用于异常处理。
• final关键字容易与finalize()方法搞混，后者是在Object类中定义的方法，是在垃圾回收之前被JVM调用的方法。
• 接口中声明的所有变量本身是final的。 final和abstract这两个关键字是反相关的，final类就不可能是abstract的。
• final方法在编译阶段绑定，称为静态绑定(static binding)。
• 没有在声明时初始化final变量的称为空白final变量(blank final
• variable)，它们必须在构造器中初始化，或者调用this()初始化。不这么做的话，编译器会报错“final变量(变量名)需要进行初始化”。
• 将类、方法、变量声明为final能够提高性能，这样JVM就有机会进行估计，然后优化。
• 按照Java代码惯例，final变量就是常量，而且通常常量名要大写。
• 对于集合对象声明为final指的是引用不能被更改，但是你可以向其中增加，删除或者改变内容。

五、final原理(本人也疑，建议看JVM)

对于final域，编译器和处理器要遵守两个重排序规则：

1.在构造函数内对一个final域的写入，与随后把这个被构造对象的引用赋值给一个引用变量，这两个操作之间不能重排序。

（先写入final变量，后调用该对象引用）

原因：编译器会在final域的写之后，插入一个StoreStore屏障

2.初次读一个包含final域的对象的引用，与随后初次读这个final域，这两个操作之间不能重排序。

（先读对象的引用，后读final变量）

编译器会在读final域操作的前面插入一个LoadLoad屏障
　　示例1：

public class FinalExample {
int i; // 普通变量
final int j; // final 变量
static FinalExample obj;

public void FinalExample() { // 构造函数
    i = 1; // 写普通域
    j = 2; // 写 final 域
}

public static void writer() { // 写线程 A 执行
    obj = new FinalExample();
}

public static void reader() { // 读线程 B 执行
    FinalExample object = obj; // 读对象引用
    int a = object.i; // 读普通域         a=1或者a=0或者直接报错i没有初始化
    int b = object.j; // 读 final域      b=2
}}

第一种情况
写普通域的操作被编译器重排序到了构造函数之外

而写 final 域的操作，被写 final 域的重排序规则“限定”在了构造函数之内，读线程 B 正确的读取了 final 变量初始化之后的值。

写 final 域的重排序规则可以确保：在对象引用为任意线程可见之前，对象的 final 域已经被正确初始化过了，而普通域不具有这个保障。

第二种情况
读对象的普通域的操作被处理器重排序到读对象引用之前

而读 final 域的重排序规则会把读对象 final 域的操作“限定”在读对象引用之后，此时该 final 域已经被 A 线程初始化过了，这是一个正确的读取操作。

读 final 域的重排序规则可以确保：在读一个对象的 final 域之前，一定会先读包含这个 final 域的对象的引用。

示例2：如果 final 域是引用类型

对于引用类型，写 final 域的重排序规则对编译器和处理器增加了如下约束：

在构造函数内对一个 final 引用的对象的成员域的写入，与随后在构造函数外把这个被构造对象的引用赋值给一个引用变量，这两个操作之间不能重排序。

public class FinalReferenceExample {
final int[] intArray; // final 是引用类型
static FinalReferenceExample obj;

public FinalReferenceExample() { // 构造函数
    intArray = new int[1]; // 1
    intArray[0] = 1; // 2
}

public static void writerOne() { // 写线程 A 执行
    obj = new FinalReferenceExample(); // 3
}

public static void writerTwo() { // 写线程 B 执行
    obj.intArray[0] = 2; // 4
}

public static void reader() { // 读线程 C 执行
    if (obj != null) { // 5
        int temp1 = obj.intArray[0]; // 6  temp1=1或者temp1=2，不可能等于0
    }
}}

假设首先线程 A 执行 writerOne() 方法，执行完后线程 B 执行 writerTwo() 方法，执行完后线程 C 执行 reader () 方法。

在上图中
1 是对 final 域的写入；
2 是对这个 final 域引用的对象的成员域的写入；
3 是把被构造的对象的引用赋值给某个引用变量。这里除了前面提到的 1 不能和 3 重排序外，2 和 3 也不能重排序。

JMM 可以确保读线程 C 至少能看到写线程 A 在构造函数中对 final 引用对象的成员域的写入。即 C 至少能看到数组下标 0 的值为 1。而写线程 B 对数组元素的写入，读线程 C 可能看的到，也可能看不到。JMM 不保证线程 B 的写入对读线程 C 可见，因为写线程 B 和读线程 C 之间存在数据竞争，此时的执行结果不可预知。

static关键字

一、static关键字的含义及使用场景

static是Java50个关键字之一。static关键字可以用来修饰代码块表示静态代码块，修饰成员变量表示全局静态成员变量，修饰方法表示静态方法。(注意：不能修饰普通类，除了内部类，这是为什么？)

class A {
    
    
	static {
    
    
		System.out.println("A : 静态代码块");
	}
	
	static int i ;  // 静态变量
	
	static void method() {
    
    
		System.out.println("A: 静态方法");
	}
}

简而言之，被static关键字修饰的内容都是静态的。
静态是相对于动态的，动态是指Java程序在JVM上运行时，JVM会根据程序的需要动态创建对象并存储对象(分配内存)，对象使命结束后，对象会被垃圾回收器销毁，即内存回收由JVM统一管理并分配给其他新创建的对象；静态是指Java程序还没有运行时，JVM就会为加载的类分配空间存储被static关键字修饰的内容；如静态成员变量，Java类加载到JVM中，JVM会把类以及类的静态成员变量存储在方法区，我们知道方法区是线程共享且很少发生GC的区域，所以被static关键字修饰的内容都是全局共享的，且只会为其分配一次存储空间。
所以当类的某些内容不属于对象，而由对象共享即属于类的时候，就可以考虑是否用static关键字进行修饰。

二、static关键字的的作用

1、修饰代码块

类中用static关键字修饰的代码块称为静态代码，反之没有用static关键字修饰的代码块称为实例代码块。

实例代码块会随着对象的创建而执行，即每个对象都会有自己的实例代码块，表现出来就是实例代码块的运行结果会影响当前对象的内容，并随着对象的销毁而消失(内存回收)；而静态代码块是当Java类加载到JVM内存中而执行的代码块，由于类的加载在JVM运行期间只会发生一次，所以静态代码块也只会执行一次。

因为静态代码块的主要作用是用来进行一些复杂的初始化工作，所以静态代码块跟随类存储在方法区的表现形式是静态代码块执行的结果存储在方法区，即初始化量存储在方法区并被线程共享。

2、修饰成员变量
类中用static关键字修饰的成员变量称为静态成员变量，因为static不能修饰局部变量(为什么？)，因此静态成员变量也能称为静态变量。静态变量跟代码块类似，在类加载到JVM内存中，JVM会把静态变量放入方法区并分配内存，也由线程共享。访问形式是：类名.静态成员名。

public class StaticTest {
    
    
	public static void main(String[] args) {
    
    
		System.out.println(D.i);
		System.out.println(new D().i);
	}
}
class D {
    
    
	static {
    
    
		i = 2;
		System.out.println("D : 静态代码块1");
	}
	static int i;
}

运行结果：

D : 静态代码块1
2
2

静态变量存储在类的信息中，且可以在线程间共享，那么它当然也属于该类的每个对象，因此可以通过对象访问静态变量，但编译器并不支持这么做，且会给出警告。

注意：

• 一个类的静态变量和该类的静态代码块的加载顺序。类会优先加载静态变量，然后加载静态代码块，但有多个静态变量和多个代码块时，会按照编写的顺序进行加载。

class D {
    
    
	static {
    
    
		i = 2;
		System.out.println("D : 静态代码块1");
	}
	static {
    
    
		i = 6;
		System.out.println("D : 静态代码块2");
	}
	static int i;
}

可以想一下运行的结果。

• 静态变量可以不用显式的初始化，JVM会默认给其相应的默认值。如基本数据类型的byte为0，short为0，char为\u0000，int为0，long为0L，float为0.0f，double为0.0d，boolean为false，引用类型统一为null。
• 静态变量既然是JVM内存中共享的且可以改变，那么对它的访问会引起线程安全问题(线程A改写的同时，线程B获取它的值，那么获取的是修改前的值还是修改后的值呢？)，所以使用静态变量的同时要考虑多线程情况。如果能确保静态变量不可变，那么可以用final关键字一起使用避免线程安全问题；否则需要采用同步的方式避免线程安全问题，如与volatile关键字一起使用等。
• static关键不能修饰局部变量，包括实例方法和静态方法，不然就会与static关键字的初衷-共享相违背。
  3、修饰方法
  用static关键字修饰的方法称为静态方法，否则称为实例方法。通过类名.方法名调用，但需要注意静态方法可以直接调用类的静态变量和其他静态方法，不能直接调用成员变量和实例方法(除非通过对象调用)。

class D {
    
    
	static {
    
    
		i = 2;
		System.out.println("D : 静态代码块");
	}
	static final int i;
	int j;
	
	static void method() {
    
    
		System.out.println(i);
		System.out.println(new D().j);
		
		method1();
		new D().method2();
	}
	
	static void method1() {
    
    
		System.out.println(i);
	}
	void method2() {
    
    
		System.out.println(i);
	}
}

**注意：**既然类的实例方法需要对象调用才能访问，而静态方法直接通过类名就能访问，那么在不考虑部署服务器的情况下，一个类是如何开始执行的呢？最大的可能就是通过“类名.静态方法”启动Java，而我定义那么多静态方法，JVM又是如何知道主入口呢？
或许，你想到了main方法。
没错，就是main方法被Java规范定义成Java类的主入口。Java类的运行都由main方法开启：

public static void main(String[] args) {
    
    
	for (String arg : args) {
    
       // 参数由外部定义
		System.out.println(arg);
	}
}

但注意main并不是Java关键字，它只是一个规定的程序入口的方法名字；另外main方法可以重载。

注意：static关键字虽然不能修饰普通类，但可以用static关键字修饰内部类使其变成静态内部类。static关键字本身的含义就是共享，而Java类加载到JVM内存的方法区，也是线程共享的，所以没必要用static关键字修饰普通类。

4、静态导入
在用import导入包或者类时，可以用static修饰包名或者类，表示静态导入。静态导入可以与动态导入放在一起比较来加深理解。
动态导入是当你程序运行时需要new一个不在此包中的类的对象时，才会根据全路径类名加载类；而静态导入则是随着类的加载而加载静态导入的类，所以它是提前导入的。

public class StaticTest {
    
    
	static void method1() {
    
    
		System.out.println("static method1");
	}
	
	static void method2() {
    
    
		System.out.println("static method2");
	}
}

静态导入：

import static com.starry.staticImport.StaticTest.method1;

public class Client {
    
    
	public static void main(String[] args) {
    
    
		method1();   // 
		StaticTest.method2();
	}
}

注意method1()是静态导入，所以可以不需要通过类名访问；而method2()没有导入，则需要通过类名调用。那么什么时候需要静态导入呢？
静态导入常用于静态方法以及含有静态方法的类，枚举类等的导入，可以在编译阶段确定导入类的信息或者方法信息。

static关键字的缺点
封装是Java类的三大特性之一，也是面向对象的主要特性。因为不需要通过对象，而直接通过类就能访问类的属性和方法，这有点破坏类的封装性；所以除了Utils类，代码中应该尽量少用static关键字修饰变量和方法。