第3讲|谈谈final、finally、finalize有什么不同？

Java语言有很多看起来很相似，但是用途却完全不同的语言要素，这些内容往往容易成为面试官考察你知识掌握程度的切入点。

今天，我要问你的是一个经典的Java基础题目，谈谈final、finally、 finalize有什么不同？

典型回答

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。

考点分析

这是一个非常经典的Java基础问题，我上面的回答主要是从语法和使用实践角度出发的，其实还有很多方面可以深入探讨，面试官还可以考察你对性能、并发、对象生命周期或垃圾收集基本过程等方面的理解。

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。

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。

从开发实践的角度，我不想过度强调这一点，这是和JVM的实现很相关的，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义目的。如果你确实对这方面有兴趣，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。

另外，我注意到有一些常被考到的finally问题（也比较偏门），至少需要了解一下。比如，下面代码会输出什么？

try {
  // do something
  System.exit(1);
} finally{
  System.out.println(“Print from finally”);
}

上面finally里面的代码可不会被执行的哦，这是一个特例。

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。

知识扩展

1.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。

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：

将class自身声明为final，这样别人就不能扩展来绕过限制了。
将所有成员变量定义为private和final，并且不要实现setter方法。
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被其他人修改。
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。

2.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。

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。

finalize还会掩盖资源回收时的出错信息，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);
       // Clear stack slot containing this variable, to decrease
       // the chances of false retention with a conservative GC
       finalizee = null;
    }
  } catch (Throwable x) { }
    super.clear(); 
 }

结合我上期专栏介绍的异常处理实践，你认为这段代码会导致什么问题？

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。

3.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。我会在后面的专栏系统介绍Java的各种引用，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。下面是JDK自身提供的样例程序：

public class CleaningExample implements AutoCloseable {
        // A cleaner, preferably one shared within a library
        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 Cleaner.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。

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。

今天，我从语法角度分析了final、finally、finalize，并从安全、性能、垃圾收集等方面逐步深入，探讨了实践中的注意事项，希望对你有所帮助。

一课一练

关于今天我们讨论的题目你做到心中有数了吗？也许你已经注意到了，JDK自身使用的Cleaner机制仍然是有缺陷的，你有什么更好的建议吗？

请你在留言区写写你的建议，我会选出经过认真思考的留言，送给你一份学习鼓励金，欢迎你与我一起讨论。