CategoryResourceRepost/极客时间专栏/Java核心技术面试精讲/模块一 Java基础/第3讲 | 谈谈final、finally、 finalize有什么不同?.md
louzefeng d3828a7aee mod
2024-07-11 05:50:32 +00:00

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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。

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