final、finally、finalize有什么不同

        final可以用来修饰类、方法、变量,分别有不同的意义,final修饰的类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。

        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,它的设计目的是通过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JDK9开始被标记为deprecated。

        推荐使用final关机子来明确表示我们代码的语意、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:

      (1)我们可以将方法或类声明为final,这样就可以告知别人,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。

     (2)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的方法参数、本地变量、成员变量声明成final。

     (3)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意目的。如果你确实对这方面感兴趣,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java7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。

        对于,finalize,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。

这里有几点需要注意的地方:

一、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智能约束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,最好那句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:

(1)将class自身声明为final,这样别人就不能扩展来绕过限制了。

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

(3)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会             被其他人修改。

(4)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。

二、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。

这是因为,finalize倍设计成在对象呗垃圾收集前调用,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障碍者,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?也需有点用,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。这意味着对于小号非常高频的资源,千万不要指望finalize去承担资源释放的主要职责,最多让finalize微微最好的“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,资源用完即显示释放,或者利用资源池来尽量重用。

fianlize还会掩盖回收时的出错信息,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);

        finalizee = null;

    }

}catch(Throwable x){}

super.clear();

}

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。

三、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来替换掉原来的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{

    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 Clean.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序仍然是有限的,比如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回收,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,这种资源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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