JAVA面试题解惑系列——final、finally和finalize的区别

final、finally和finalize的区别是什么？

这是一道再经典不过的面试题了，我们在各个公司的面试题中几乎都能看到它的身影。final、finally和finalize虽然长得像孪生三兄弟一样，但是它们的含义和用法却是大相径庭。这一次我们就一起来回顾一下这方面的知识。

我们首先来说说final。它可以用于以下四个地方：

定义变量，包括静态的和非静态的。
定义方法的参数。
定义方法。
定义类。

我们依次来回顾一下每种情况下final的作用。首先来看第一种情况，如果final修饰的是一个基本类型，就表示这个变量被赋予的值是不可变的，即它是个常量；如果final修饰的是一个对象，就表示这个变量被赋予的引用是不可变的，这里需要提醒大家注意的是，不可改变的只是这个变量所保存的引用，并不是这个引用所指向的对象。在第二种情况下，final的含义与第一种情况相同。实际上对于前两种情况，有一种更贴切的表述final的含义的描述，那就是，如果一个变量或方法参数被final修饰，就表示它只能被赋值一次，但是JAVA虚拟机为变量设定的默认值不记作一次赋值。

被final修饰的变量必须被初始化。初始化的方式有以下几种：

在定义的时候初始化。
final变量可以在初始化块中初始化，不可以在静态初始化块中初始化。
静态final变量可以在静态初始化块中初始化，不可以在初始化块中初始化。
final变量还可以在类的构造器中初始化，但是静态final变量不可以。

通过下面的代码可以验证以上的观点：
Java代码
public class FinalTest {   
    // 在定义时初始化   
    public final int A = 10;   
  
    public final int B;   
    // 在初始化块中初始化   
    {   
        B = 20;   
    }   
  
    // 非静态final变量不能在静态初始化块中初始化   
    // public final int C;   
    // static {   
    // C = 30;   
    // }   
  
    // 静态常量，在定义时初始化   
    public static final int STATIC_D = 40;   
  
    public static final int STATIC_E;   
    // 静态常量，在静态初始化块中初始化   
    static {   
        STATIC_E = 50;   
    }   
  
    // 静态变量不能在初始化块中初始化   
    // public static final int STATIC_F;   
    // {   
    // STATIC_F = 60;   
    // }   
  
    public final int G;   
  
    // 静态final变量不可以在构造器中初始化   
    // public static final int STATIC_H;   
  
    // 在构造器中初始化   
    public FinalTest() {   
        G = 70;   
        // 静态final变量不可以在构造器中初始化   
        // STATIC_H = 80;   
  
        // 给final的变量第二次赋值时，编译会报错   
        // A = 99;   
        // STATIC_D = 99;   
    }   
  
    // final变量未被初始化，编译时就会报错   
    // public final int I;   
  
    // 静态final变量未被初始化，编译时就会报错   
    // public static final int STATIC_J;   
}  我们运行上面的代码之后出了可以发现final变量（常量）和静态final变量（静态常量）未被初始化时，编译会报错。

用final修饰的变量（常量）比非final的变量（普通变量）拥有更高的效率，因此我们在实际编程中应该尽可能多的用常量来代替普通变量，这也是一个很好的编程习惯。

当final用来定义一个方法时，会有什么效果呢？正如大家所知，它表示这个方法不可以被子类重写，但是它这不影响它被子类继承。我们写段代码来验证一下：
Java代码
class ParentClass {   
    public final void TestFinal() {   
        System.out.println("父类--这是一个final方法");   
    }   
}   
  
public class SubClass extends ParentClass {   
    /**  
     * 子类无法重写（override）父类的final方法，否则编译时会报错  
     */  
    // public void TestFinal() {   
    // System.out.println("子类--重写final方法");   
    // }   
      
    public static void main(String[] args) {   
        SubClass sc = new SubClass();   
        sc.TestFinal();   
    }   
}  

这里需要特殊说明的是，具有private访问权限的方法也可以增加final修饰，但是由于子类无法继承private方法，因此也无法重写它。编译器在处理private方法时，是按照final方法来对待的，这样可以提高该方法被调用时的效率。不过子类仍然可以定义同父类中的private方法具有同样结构的方法，但是这并不会产生重写的效果，而且它们之间也不存在必然联系。

最后我们再来回顾一下final用于类的情况。这个大家应该也很熟悉了，因为我们最常用的String类就是final的。由于final类不允许被继承，编译器在处理时把它的所有方法都当作final的，因此final类比普通类拥有更高的效率。final的类的所有方法都不能被重写，但这并不表示final的类的属性（变量）值也是不可改变的，要想做到final类的属性值不可改变，必须给它增加final修饰，请看下面的例子：
Java代码
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);   
    }   
}  

运行上面的代码试试看，结果是99，而不是初始化时的10。

接下来我们一起回顾一下finally的用法。这个就比较简单了，它只能用在try/catch语句中，并且附带着一个语句块，表示这段语句最终总是被执行。请看下面的代码：
Java代码
public final class FinallyTest {   
    public static void main(String[] args) {   
        try {   
            throw new NullPointerException();   
        } catch (NullPointerException e) {   
            System.out.println("程序抛出了异常");   
        } finally {   
            System.out.println("执行了finally语句块");   
        }   
    }   
}  

运行结果说明了finally的作用：

程序抛出了异常
执行了finally语句块

请大家注意，捕获程序抛出的异常之后，既不加处理，也不继续向上抛出异常，并不是良好的编程习惯，它掩盖了程序执行中发生的错误，这里只是方便演示，请不要学习。

那么，有没有一种情况使finally语句块得不到执行呢？大家可能想到了return、continue、break这三个可以打乱代码顺序执行语句的规律。那我们就来试试看，这三个语句是否能影响finally语句块的执行：
Java代码
public final class FinallyTest {   
  
    // 测试return语句   
    public ReturnClass testReturn() {   
        try {   
            return new ReturnClass();   
        } catch (Exception e) {   
            e.printStackTrace();   
        } finally {   
            System.out.println("执行了finally语句");   
        }   
        return null;   
    }   
  
    // 测试continue语句   
    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("执行了finally语句");   
            }   
        }   
    }   
  
    // 测试break语句   
    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("执行了finally语句");   
            }   
        }   
    }   
  
    public static void main(String[] args) {   
        FinallyTest ft = new FinallyTest();   
        // 测试return语句   
        ft.testReturn();   
        System.out.println();   
        // 测试continue语句   
        ft.testContinue();   
        System.out.println();   
        // 测试break语句   
        ft.testBreak();   
    }   
}   
  
class ReturnClass {   
    public ReturnClass() {   
        System.out.println("执行了return语句");   
    }   
}  

上面这段代码的运行结果如下：

执行了return语句
执行了finally语句

0
执行了finally语句
1
执行了finally语句
2
执行了finally语句

0
执行了finally语句
1
执行了finally语句

很明显，return、continue和break都没能阻止finally语句块的执行。从输出的结果来看，return语句似乎在finally语句块之前执行了，事实真的如此吗？我们来想想看，return语句的作用是什么呢？是退出当前的方法，并将值或对象返回。如果finally语句块是在return语句之后执行的，那么return语句被执行后就已经退出当前方法了，finally语句块又如何能被执行呢？因此，正确的执行顺序应该是这样的：编译器在编译return new ReturnClass();时，将它分成了两个步骤，new ReturnClass()和return，前一个创建对象的语句是在finally语句块之前被执行的，而后一个return语句是在finally语句块之后执行的，也就是说finally语句块是在程序退出方法之前被执行的。同样，finally语句块是在循环被跳过（continue）和中断（break）之前被执行的。

最后，我们再来看看finalize，它是一个方法，属于java.lang.Object类，它的定义如下：
Java代码
protected void finalize() throws Throwable { }  

众所周知，finalize()方法是GC（garbage collector）运行机制的一部分，关于GC的知识我们将在后续的章节中来回顾。

在此我们只说说finalize()方法的作用是什么呢？

finalize()方法是在GC清理它所从属的对象时被调用的，如果执行它的过程中抛出了无法捕获的异常（uncaught exception），GC将终止对改对象的清理，并且该异常会被忽略；直到下一次GC开始清理这个对象时，它的finalize()会被再次调用。

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

运行结果如下：

执行了finalize()方法

程序调用了java.lang.System类的gc()方法，引起GC的执行，GC在清理ft对象时调用了它的finalize()方法，因此才有了上面的输出结果。调用System.gc()等同于调用下面这行代码：
Java代码
Runtime.getRuntime().gc();  

调用它们的作用只是建议垃圾收集器（GC）启动，清理无用的对象释放内存空间，但是GC的启动并不是一定的，这由JAVA虚拟机来决定。直到JAVA虚拟机停止运行，有些对象的finalize()可能都没有被运行过，那么怎样保证所有对象的这个方法在JAVA虚拟机停止运行之前一定被调用呢？答案是我们可以调用System类的另一个方法：
Java代码
public static void runFinalizersOnExit(boolean value) {   
    //other code   
}  

给这个方法传入true就可以保证对象的finalize()方法在JAVA虚拟机停止运行前一定被运行了，不过遗憾的是这个方法是不安全的，它会导致有用的对象finalize()被误调用，因此已经不被赞成使用了。

由于finalize()属于Object类，因此所有类都有这个方法，Object的任意子类都可以重写（override）该方法，在其中释放系统资源或者做其它的清理工作，如关闭输入输出流。

通过以上知识的回顾，我想大家对于final、finally、finalize的用法区别已经很清楚了。