6.8 final关键字
6.8 final 关键字
由于语境（应用环境）不同，final 关键字的含义可能会稍微产生一些差异。但它最一般的意思就是声明“这个东西不能改变”。之所以要禁止改变，可能是考虑到两方面的因素：设计或效率。由于这两个原因颇有些区别，所以也许会造成 final 关键字的误用。
在接下去的小节里，我们将讨论 final 关键字的三种应用场合：数据、方法以及类。
6.8.1 final 数据
许多程序设计语言都有自己的办法告诉编译器某个数据是“常数”。常数主要应用于下述两个方面：
(1) 编译期常数，它永远不会改变
(2) 在运行期初始化的一个值，我们不希望它发生变化
对于编译期的常数，编译器（程序）可将常数值“封装”到需要的计算过程里。也就是说，计算可在编译期间提前执行，从而节省运行时的一些开销。在 Java 中，这些形式的常数必须属于基本数据类型（Primitives），而且要用 final 关键字进行表达。在对这样的一个常数进行定义的时候，必须给出一个值。
无论 static 还是 final 字段，都只能存储一个数据，而且不得改变。
若随同对象指针使用 final，而不是基本数据类型，它的含义就稍微让人有点儿迷糊了。对于基本数据类型，final 会将值变成一个常数；但对于对象指针，final 会将指针变成一个常数。进行声明时，必须将指针初始化到一个具体的对象。而且永远不能将指针变成指向另一个对象。然而，对象本身是可以修改的。Java 对此未提供任何手段，可将一个对象直接变成一个常数（但是，我们可自己编写一个类，使其中的对象具有“常数”效果）。这一限制也适用于数组，它也属于对象。
下面是演示 final 字段用法的一个例子：
//: FinalData.java
// The effect of final on fields
class Value {
int i = 1;
}
public class FinalData {
// Can be compile-time constants
final int i1 = 9;
static final int I2 = 99;
// Typical public constant:
public static final int I3 = 39;
// Cannot be compile-time constants:
final int i4 = (int)(Math.random()*20);
static final int i5 = (int)(Math.random()*20);
Value v1 = new Value();
final Value v2 = new Value();
static final Value v3 = new Value();
//! final Value v4; // Pre-Java 1.1 Error:
// no initializer
// Arrays:
final int[] a = { 1, 2, 3, 4, 5, 6 };
public void print(String id) {
System.out.println(
id + ": " + "i4 = " + i4 +
", i5 = " + i5);
}
public static void main(String[] args) {
FinalData fd1 = new FinalData();
//! fd1.i1++; // Error: can't change value
fd1.v2.i++; // Object isn't constant!
fd1.v1 = new Value(); // OK -- not final
for(int i = 0; i < fd1.a.length; i++)
fd1.a[i]++; // Object isn't constant!
//! fd1.v2 = new Value(); // Error: Can't
//! fd1.v3 = new Value(); // change handle
//! fd1.a = new int[3];
fd1.print("fd1");
System.out.println("Creating new FinalData");
FinalData fd2 = new FinalData();
fd1.print("fd1");
fd2.print("fd2");
}
} ///:~
由于 i1 和 I2 都是具有 final 属性的基本数据类型，并含有编译期的值，所以它们除了能作为编译期的常数使用外，在任何导入方式中也不会出现任何不同。I3 是我们体验此类常数定义时更典型的一种方式：public 表示它们可在包外使用；Static 强调它们只有一个；而 final 表明它是一个常数。注意对于含有固定初始化值（即编译期常数）的 fianl static 基本数据类型，它们的名字根据规则要全部采用大写。也要注意 i5 在编译期间是未知的，所以它没有大写。
不能由于某样东西的属性是 final，就认定它的值能在编译时期知道。i4 和 i5 向大家证明了这一点。它们在运行期间使用随机生成的数字。例子的这一部分也向大家揭示出将 final 值设为 static 和非 static 之间的差异。只有当值在运行期间初始化的前提下，这种差异才会揭示出来。因为编译期间的值被编译器认为是相同的。这种差异可从输出结果中看出：
fd1: i4 = 15, i5 = 9
Creating new FinalData
fd1: i4 = 15, i5 = 9
fd2: i4 = 10, i5 = 9
注意对于 fd1 和 fd2 来说，i4 的值是唯一的，但 i5 的值不会由于创建了另一个 FinalData 对象而发生改变。那是因为它的属性是 static，而且在载入时初始化，而非每创建一个对象时初始化。
从 v1 到 v4 的变量向我们揭示出 final 指针的含义。正如大家在 main()中看到的那样，并不能认为由于 v2 属于 final，所以就不能再改变它的值。然而，我们确实不能再将 v2 绑定到一个新对象，因为它的属性是 final。这便是 final 对于一个指针的确切含义。我们会发现同样的含义亦适用于数组，后者只不过是另一种类型的指针而已。将指针变成 final 看起来似乎不如将基本数据类型变成 final 那么有用。
- 空白 final
Java 1.1 允许我们创建“空白 final”，它们属于一些特殊的字段。尽管被声明成 final，但却未得到一个初始值。无论在哪种情况下，空白 final 都必须在实际使用前得到正确的初始化。而且编译器会主动保证这一规定得以贯彻。然而，对于 final 关键字的各种应用，空白 final 具有最大的灵活性。举个例子来说，位于类内部的一个 final 字段现在对每个对象都可以有所不同，同时依然保持其“不变”的本质。下面列出一个例子：
//: BlankFinal.java
// "Blank" final data members
class Poppet { }
class BlankFinal {
final int i = 0; // Initialized final
final int j; // Blank final
final Poppet p; // Blank final handle
// Blank finals MUST be initialized
// in the constructor:
BlankFinal() {
j = 1; // Initialize blank final
p = new Poppet();
}
BlankFinal(int x) {
j = x; // Initialize blank final
p = new Poppet();
}
public static void main(String[] args) {
BlankFinal bf = new BlankFinal();
}
} ///:~
现在强行要求我们对 final 进行赋值处理——要么在定义字段时使用一个表达 式，要么在每个构造器中。这样就可以确保 final 字段在使用前获得正确的初始化。
- final 自变量
Java 1.1 允许我们将自变量设成 final 属性，方法是在自变量列表中对它们进行适当的声明。这意味着在一个方法的内部，我们不能改变自变量指针指向的东西。如下所示：
//: FinalArguments.java
// Using "final" with method arguments
class Gizmo {
public void spin() {}
}
public class FinalArguments {
void with(final Gizmo g) {
//! g = new Gizmo(); // Illegal -- g is final
g.spin();
}
void without(Gizmo g) {
g = new Gizmo(); // OK -- g not final
g.spin();
}
// void f(final int i) { i++; } // Can't change
// You can only read from a final primitive:
int g(final int i) { return i + 1; }
public static void main(String[] args) {
FinalArguments bf = new FinalArguments();
bf.without(null);
bf.with(null);
}
} ///:~
注意此时仍然能为 final 自变量分配一个 null（空）指针，同时编译器不会捕获它。这与我们对非 final 自变量采取的操作是一样的。
方法 f()和 g()向我们展示出基本类型的自变量为 final 时会发生什么情况：我们只能读取自变量，不可改变它。
6.8.2 final 方法
之所以要使用 final 方法，可能是出于对两方面理由的考虑。第一个是为方法“上锁”，防止任何继承类改变它的本来含义。设计程序时，若希望一个方法的行为在继承期间保持不变，而且不可被覆盖或改写，就可以采取这种做法。 采用 final 方法的第二个理由是程序执行的效率。将一个方法设成 final 后，编译器就可以把对那个方法的所有调用都置入“嵌入”调用里。只要编译器发现一个 final 方法调用，就会（根据它自己的判断）忽略为执行方法调用机制而采取的常规代码插入方法（将自变量压入栈；跳至方法代码并执行它；跳回来；清除栈自变量；最后对返回值进行处理）。相反，它会用方法主体内实际代码的一个副本来替换方法调用。这样做可避免方法调用时的系统开销。当然，若方法体积太大，那么程序也会变得雍肿，可能受到到不到嵌入代码所带来的任何性能提升。因为任何提升都被花在方法内部的时间抵消了。Java 编译器能自动侦测这些情况，并颇为“明智”地决定是否嵌入一个 final 方法。然而，最好还是不要完全相信编译器能正确地作出所有判断。通常，只有在方法的代码量非常少，或者想明确禁止方法被覆盖的时候，才应考虑将一个方法设为 final。
类内所有 private 方法都自动成为 final。由于我们不能访问一个 private 方法，所以它绝对不会被其他方法覆盖（若强行这样做，编译器会给出错误提示）。可为一个 private 方法添加 final 指示符，但却不能为那个方法提供任何额外的含义。
6.8.3 final 类
如果说整个类都是 final（在它的定义前冠以 final 关键字），就表明自己不希望从这个类继承，或者不允许其他任何人采取这种操作。换言之，出于这样或那样的原因，我们的类肯定不需要进行任何改变；或者出于安全方面的理由，我们不希望进行子类化（子类处理）。
除此以外，我们或许还考虑到执行效率的问题，并想确保涉及这个类各对象的所有行动都要尽可能地有效。如下所示：
//: Jurassic.java
// Making an entire class final
class SmallBrain {}
final class Dinosaur {
int i = 7;
int j = 1;
SmallBrain x = new SmallBrain();
void f() {}
}
//! class Further extends Dinosaur {}
// error: Cannot extend final class 'Dinosaur'
public class Jurassic {
public static void main(String[] args) {
Dinosaur n = new Dinosaur();
n.f();
n.i = 40;
n.j++;
}
} ///:~
注意数据成员既可以是 final，也可以不是，取决于我们具体选择。应用于 final 的规则同样适用于数据成员，无论类是否被定义成 final。将类定义成 final 后，结果只是禁止进行继承——没有更多的限制。然而，由于它禁止了继承，所以一个 final 类中的所有方法都默认为 final。因为此时再也无法覆盖它们。所以与我们将一个方法明确声明为 final 一样，编译器此时有相同的效率选择。
可为 final 类内的一个方法添加 final 指示符，但这样做没有任何意义。
6.8.4 final 的注意事项
设计一个类时，往往需要考虑是否将一个方法设为 final。可能会觉得使用自己的类时执行效率非常重要，没有人想覆盖自己的方法。这种想法在某些时候是正确的。
但要慎重作出自己的假定。通常，我们很难预测一个类以后会以什么样的形式再生或重复利用。常规用途的类尤其如此。若将一个方法定义成 final，就可能杜绝了在其他程序员的项目中对自己的类进行继承的途径，因为我们根本没有想到它会象那样使用。
标准 Java 库是阐述这一观点的最好例子。其中特别常用的一个类是 Vector。如果我们考虑代码的执行效率，就会发现只有不把任何方法设为 final，才能使其发挥更大的作用。我们很容易就会想到自己应继承和覆盖如此有用的一个类，但它的设计者却否定了我们的想法。但我们至少可以用两个理由来反驳他们。首先，Stack（栈）是从 Vector 继承来的，亦即 Stack“是”一个 Vector，这种说法是不确切的。其次，对于 Vector 许多重要的方法，如 addElement()以及 elementAt()等，它们都变成了 synchronized（同步的）。正如在第 14 章要讲到的那样，这会造成显著的性能开销，可能会把 final 提供的性能改善抵销得一干二净。因此，程序员不得不猜测到底应该在哪里进行优化。在标准库里居然采用了如此笨拙的设计，真不敢想象会在程序员里引发什么样的情绪。
另一个值得注意的是 Hashtable（散列表），它是另一个重要的标准类。该类没有采用任何 final 方法。正如我们在本书其他地方提到的那样，显然一些类的设计人员与其他设计人员有着全然不同的素质（注意比较 Hashtable 极短的方法名与 Vecor 的方法名）。对类库的用户来说，这显然是不应该如此轻易就能看出的。一个产品的设计变得不一致后，会加大用户的工作量。这也从另一个侧面强调了代码设计与检查时需要很强的责任心。