JAVA面試題解惑系列（四）——final、finally和finalize的區別

final、finally和finalize的區別是什麼？

這是一道再經典不過的面試題了，我們在各個公司的面試題中幾乎都能看到它的身影。final、finally和finalize雖然長得像孿生三兄弟一樣，但是它們的含義和用法卻是大相徑庭。這一次我們就一起來回顧一下這方面的知識。

我們首先來說說final。它可以用於以下四個地方：

1、定義變量，包括靜態的和非靜態的。
2、定義方法的參數。
3、定義方法。
4、定義類。

我們依次來回顧一下每種情況下final的作用。首先來看第一種情況，如果final修飾的是一個基本類型，就表示這個變量被賦予的值是不可變的，即它是個常量；如果final修飾的是一個對象，就表示這個變量被賦予的引用是不可變的，這裏需要提醒大家注意的是，不可改變的只是這個變量所保存的引用，並不是這個引用所指向的對象。在第二種情況下，final的含義與第一種情況相同。實際上對於前兩種情況，有一種更貼切的表述final的含義的描述，那就是，如果一個變量或方法參數被final修飾，就表示它只能被賦值一次，但是JAVA虛擬機爲變量設定的默認值不記作一次賦值。

被final修飾的變量必須被初始化。初始化的方式有以下幾種：

1、在定義的時候初始化。
2、final變量可以在初始化塊中初始化，不可以在靜態初始化塊中初始化。
3、靜態final變量可以在靜態初始化塊中初始化，不可以在初始化塊中初始化。
4、final變量還可以在類的構造器中初始化，但是靜態final變量不可以。

通過下面的代碼可以驗證以上的觀點：
Java代碼
public class FinalTest {   
    // 在定義時初始化   
    public final int A = 10;   
  
    public final int B;   
    // 在初始化塊中初始化   
    {   
        B = 20;   
    }   
  
    // 非靜態final變量不能在靜態初始化塊中初始化   
    // public final int C;   
    // static {   
    // C = 30;   
    // }   
  
    // 靜態常量，在定義時初始化   
    public static final int STATIC_D = 40;   
  
    public static final int STATIC_E;   
    // 靜態常量，在靜態初始化塊中初始化   
    static {   
        STATIC_E = 50;   
    }   
  
    // 靜態變量不能在初始化塊中初始化   
    // public static final int STATIC_F;   
    // {   
    // STATIC_F = 60;   
    // }   
  
    public final int G;   
  
    // 靜態final變量不可以在構造器中初始化   
    // public static final int STATIC_H;   
  
    // 在構造器中初始化   
    public FinalTest() {   
        G = 70;   
        // 靜態final變量不可以在構造器中初始化   
        // STATIC_H = 80;   
  
        // 給final的變量第二次賦值時，編譯會報錯   
        // A = 99;   
        // STATIC_D = 99;   
    }   
  
    // final變量未被初始化，編譯時就會報錯   
    // public final int I;   
  
    // 靜態final變量未被初始化，編譯時就會報錯   
    // public static final int STATIC_J;   
}  

我們運行上面的代碼之後出了可以發現final變量（常量）和靜態final變量（靜態常量）未被初始化時，編譯會報錯。

用final修飾的變量（常量）比非final的變量（普通變量）擁有更高的效率，因此我們在實際編程中應該儘可能多的用常量來代替普通變量，這也是一個很好的編程習慣。

當final用來定義一個方法時，會有什麼效果呢？正如大家所知，它表示這個方法不可以被子類重寫，但是它這不影響它被子類繼承。我們寫段代碼來驗證一下：
Java代碼
class ParentClass {   
    public final void TestFinal() {   
        System.out.println("父類--這是一個final方法");   
    }   
}   
  
public class SubClass extends ParentClass {   
    /**  
     * 子類無法重寫（override）父類的final方法，否則編譯時會報錯  
     */  
    // public void TestFinal() {   
    // System.out.println("子類--重寫final方法");   
    // }   
      
    public static void main(String[] args) {   
        SubClass sc = new SubClass();   
        sc.TestFinal();   
    }   
}  

這裏需要特殊說明的是，具有private訪問權限的方法也可以增加final修飾，但是由於子類無法繼承private方法，因此也無法重寫它。編譯器在處理private方法時，是按照final方法來對待的，這樣可以提高該方法被調用時的效率。不過子類仍然可以定義同父類中的private方法具有同樣結構的方法，但是這並不會產生重寫的效果，而且它們之間也不存在必然聯繫。

最後我們再來回顧一下final用於類的情況。這個大家應該也很熟悉了，因爲我們最常用的String類就是final的。由於final類不允許被繼承，編譯器在處理時把它的所有方法都當作final的，因此final類比普通類擁有更高的效率。final的類的所有方法都不能被重寫，但這並不表示final的類的屬性（變量）值也是不可改變的，要想做到final類的屬性值不可改變，必須給它增加final修飾，請看下面的例子：
Java代碼
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);   
    }   
}  

運行上面的代碼試試看，結果是99，而不是初始化時的10。

接下來我們一起回顧一下finally的用法。這個就比較簡單了，它只能用在try/catch語句中，並且附帶着一個語句塊，表示這段語句最終總是被執行。請看下面的代碼：
Java代碼
public final class FinallyTest {   
    public static void main(String[] args) {   
        try {   
            throw new NullPointerException();   
        } catch (NullPointerException e) {   
            System.out.println("程序拋出了異常");   
        } finally {   
            System.out.println("執行了finally語句塊");   
        }   
    }   
}  

運行結果說明了finally的作用：

1、程序拋出了異常
2、執行了finally語句塊

請大家注意，捕獲程序拋出的異常之後，既不加處理，也不繼續向上拋出異常，並不是良好的編程習慣，它掩蓋了程序執行中發生的錯誤，這裏只是方便演示，請不要學習。

那麼，有沒有一種情況使finally語句塊得不到執行呢？大家可能想到了return、continue、break這三個可以打亂代碼順序執行語句的規律。那我們就來試試看，這三個語句是否能影響finally語句塊的執行：
Java代碼
public final class FinallyTest {   
  
    // 測試return語句   
    public ReturnClass testReturn() {   
        try {   
            return new ReturnClass();   
        } catch (Exception e) {   
            e.printStackTrace();   
        } finally {   
            System.out.println("執行了finally語句");   
        }   
        return null;   
    }   
  
    // 測試continue語句   
    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("執行了finally語句");   
            }   
        }   
    }   
  
    // 測試break語句   
    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("執行了finally語句");   
            }   
        }   
    }   
  
    public static void main(String[] args) {   
        FinallyTest ft = new FinallyTest();   
        // 測試return語句   
        ft.testReturn();   
        System.out.println();   
        // 測試continue語句   
        ft.testContinue();   
        System.out.println();   
        // 測試break語句   
        ft.testBreak();   
    }   
}   
  
class ReturnClass {   
    public ReturnClass() {   
        System.out.println("執行了return語句");   
    }   
}  

上面這段代碼的運行結果如下：

1、執行了return語句
2、執行了finally語句
3、
4、0
5、執行了finally語句
6、1
7、執行了finally語句
8、2
9、執行了finally語句
10、
11、0
12、執行了finally語句
13、1
14、執行了finally語句

很明顯，return、continue和break都沒能阻止finally語句塊的執行。從輸出的結果來看，return語句似乎在finally語句塊之前執行了，事實真的如此嗎？我們來想想看，return語句的作用是什麼呢？是退出當前的方法，並將值或對象返回。如果finally語句塊是在return語句之後執行的，那麼return語句被執行後就已經退出當前方法了，finally語句塊又如何能被執行呢？因此，正確的執行順序應該是這樣的：編譯器在編譯return new ReturnClass();時，將它分成了兩個步驟，new ReturnClass()和return，前一個創建對象的語句是在finally語句塊之前被執行的，而後一個return語句是在finally語句塊之後執行的，也就是說finally語句塊是在程序退出方法之前被執行的。同樣，finally語句塊是在循環被跳過（continue）和中斷（break）之前被執行的。

最後，我們再來看看finalize，它是一個方法，屬於java.lang.Object類，它的定義如下：
Java代碼
protected void finalize() throws Throwable { }  

衆所周知，finalize()方法是GC（garbage collector）運行機制的一部分，關於GC的知識我們將在後續的章節中來回顧。

在此我們只說說finalize()方法的作用是什麼呢？

finalize()方法是在GC清理它所從屬的對象時被調用的，如果執行它的過程中拋出了無法捕獲的異常（uncaught exception），GC將終止對改對象的清理，並且該異常會被忽略；直到下一次GC開始清理這個對象時，它的finalize()會被再次調用。

請看下面的示例：
Java代碼
public final class FinallyTest {   
    // 重寫finalize()方法   
    protected void finalize() throws Throwable {   
        System.out.println("執行了finalize()方法");   
    }   
  
    public static void main(String[] args) {   
        FinallyTest ft = new FinallyTest();   
        ft = null;   
        System.gc();   
    }   
}  

運行結果如下：

1、執行了finalize()方法

程序調用了java.lang.System類的gc()方法，引起GC的執行，GC在清理ft對象時調用了它的finalize()方法，因此纔有了上面的輸出結果。調用System.gc()等同於調用下面這行代碼：
Java代碼
Runtime.getRuntime().gc();  

調用它們的作用只是建議垃圾收集器（GC）啓動，清理無用的對象釋放內存空間，但是GC的啓動並不是一定的，這由JAVA虛擬機來決定。直到JAVA虛擬機停止運行，有些對象的finalize()可能都沒有被運行過，那麼怎樣保證所有對象的這個方法在JAVA虛擬機停止運行之前一定被調用呢？答案是我們可以調用System類的另一個方法：
Java代碼
public static void runFinalizersOnExit(boolean value) {   
    //other code   
}  

給這個方法傳入true就可以保證對象的finalize()方法在JAVA虛擬機停止運行前一定被運行了，不過遺憾的是這個方法是不安全的，它會導致有用的對象finalize()被誤調用，因此已經不被贊成使用了。

由於finalize()屬於Object類，因此所有類都有這個方法，Object的任意子類都可以重寫（override）該方法，在其中釋放系統資源或者做其它的清理工作，如關閉輸入輸出流。

通過以上知識的回顧，我想大家對於final、finally、finalize的用法區別已經很清楚了。