1 final基本用法

final：“这是无法改变的"
final可以修饰：变量、参数、方法、类

1.1 final修饰变量

修饰变量（变量、局部变量），当变量类型为：

• 基本类型，一旦被赋值，该值不能被改变。
• 引用类型，一旦引用被初始化指向一个对象，就不能指向别的对象，但对象内容可以被修改
• 数据类型：数组也是引用类型

分析以下代码：

import java.util.Random;
class Value {
    int i; // Package access
    public Value(int i) { this.i = i; }
}
public class FinalData {
    private static Random rand = new Random(47);
    private String id;
    public FinalData(String id) { this.id = id; }
    //编译时常量
    private final int valueOne = 9;
    private static final int VALUE_TWO = 99;
    public static final int VALUE_THREE = 39;
    //非编译时常量
    private final int i4 = rand.nextInt(20);
    static final int INT_5 = rand.nextInt(20);
    private Value v1 = new Value(11);
    private final Value v2 = new Value(22);
    private static final Value VAL_3 = new Value(33);
    // Arrays:
    private final int[] a = { 1, 2, 3, 4, 5, 6 };
    public String toString() {
        return id + ": " + "i4 = " + i4 + ", INT_5 = " + INT_5;
    }
    public static void main(String[] args) {
        FinalData fd1 = new FinalData("fd1");
        //! fd1.valueOne++; // Error: can’t change value
        fd1.v2.i++; // OK：引用指向的对象内容可变
        fd1.v1 = new Value(9); // OK ：非final，引用可变
        for(int i = 0; i < fd1.a.length; i++)
            fd1.a[i]++; // Object isn’t constant!
        //! fd1.v2 = new Value(0); // Error: final引用不可变
        //! fd1.VAL_3 = new Value(1); //Error: final引用不可变
        //! fd1.a = new int[3];
        System.out.println(fd1);
        System.out.println("Creating new FinalData");
        FinalData fd2 = new FinalData("fd2");
        System.out.println(fd1);
        System.out.println(fd2);
    }
}
/* 运行结果:
fd1: i4 = 15, INT_5 = 18
Creating new FinalData
fd1: i4 = 15, INT_5 = 18
fd2: i4 = 13, INT_5 = 18
*///:~

说明：

1. valuOne和VALUE_TWO：都是编译期常量，无重大区别。
2. VAL_THREE：典型的对常量定义的方式：定义为public,则可以被用于包之外；定义为static，则强调只有一份；定义为final,则说明它是一个常量。注意这种类型常量的命名方式（大写和下划线）
3. i4和INT_ 5：final变量不代表编译时可知它的值，可以在运行时初始化值。例如在运行时使用随机生成的数值来初始化
4. v1、v2、VAL_3 说明final引用的特征
5. 特别注意：INT_5：不可以通过创建第二个FinalData对象而加以改变。因为它是static的，在装载时已被初始化，而不是每次创建新对象时都初始化。

1.2 final修饰方法参数

参数：遵循final修饰变量的约束条件，不能在方法中修改它的值或者指向别的对象。

 private void finalParam(final Map param){
    param = new HashMap();//报错
    param.put("","");//不报错
 }

1.3 final修饰方法

使用final方法的原因：确保在继承中使方法行为保持不变，并且不会被覆盖（设计考虑）。

• final修饰的方法不可以重写（重写发生在父类与之类）
• final修饰的方法可以重载（同一个类）

以下代码可以正确运行：

public class FinalExampleParent {
    public final void test() {
    }
    public final void test(String str) {
    }
}

final和private：

类中所有的private方法都隐式地指定为final的。由于其它类无法取用private方法，因此无法覆盖它。可以对private方法添加final修饰，但没意义。

1.4 final修饰类

当类定义为final时，表示该类不可继承。
final类的所有方法都是隐式为final，因为无法覆盖它们

1.5 空白final

定义：被声明为final但又未给定初值的域。
用途：提供了更大的灵活性：一个类中的final域就可以做到根据对象而有所不同，却又保持其恒定不变的特性。

class Poppet {
    private int i;
    Poppet(int ii) { i = ii; }
}
public class BlankFinal {
    private final int i = 0; // Initialized final
    private final int j; // Blank final
    private final Poppet p; // Blank final reference
    //空final构造器中初始化
    public BlankFinal() {
        j = 1; // Initialize blank final
        p = new Poppet(1); // Initialize blank final reference
    }
    public BlankFinal(int x) {
        j = x; // Initialize blank final
        p = new Poppet(x); // Initialize blank final reference
    }
    public static void main(String[] args) {
    //空final域在不同情形下赋予不一样的初值
        new BlankFinal();
        new BlankFinal(47);
    }
}

说明：

1. 必须在域的定义处或者每个构造器中对final赋值，这正是fnal域在使用前总是被初始化的原因所在。
2. 一个类中的final域可以根据对象而有所不同，却又保持其不变的特性。

1.6 static final

1. 同时是static final 的字段占据一段不能改变的存储空间，它必须在定义的时候进行赋值，否则编译器将不予通过【即使在构造函数中初始化也不行】。
2. static修饰的字段并不属于一个对象，而是属于这个类的。【对一个类创建多个对象，其static final 修饰的变量其实是指向同一个值】

2 jvm角度理解final不可变性

一、Javac编译器
final变量的不变性由Javac编译时来保证：（只能在编译期而不能在运行期中检查）

javac编译时，进入数据及控制流分析阶段时，Flow.flow()会涉及以下检查：检查final变量是否有多次赋值，空白final变量是否在构造函数中进行过初始化。

这里参考：javac final变量未赋值检测讲解

二、JVM类加载
final类的不可变性由jvm进行类加载的校验阶段来保证：

JVM类加载的校验阶段中，对元数据验证时，包含final语义校验：
1. 这个类的父类是否继承了不允许被继承的类（被final修饰的类）
2. 类中的字段、方法是否与父类产生矛盾（例如覆盖了父类的final字段，或者出现不符合规则的方法重载，例如方法参数都一致，但返回值类型却不同等）

3 final多线程下可见性

定义：被final修饰的字段在构造器中一旦被初始化完成，并且构造器没有把“this”的引用传递出去，那么在其他线程中就能看见final字段的值。
如代码所示，变量i与j都具备可见性，它们无须同步就能被其他线程正确访问。

public static final int i;
public final int j;
static {
    i = 0;
    // 省略后续动作 
}
{
    // 选择在构造函数中初始化
    j = 0;
    // 省略后续动作
}

解读：
final字段如果声明时赋值，因为只能赋值一次，因此即便存在并发，也能确保只有唯一值
如果在构造函数中赋值，在无引用溢出下，构造函数是线程安全的，因此final字段也是线程安全

4 final域重排序规则

这方面内容待研究，或者参考：final域重排序规则

5 面试常见问题

5.1 所有的final修饰的字段都是编译期常量吗?

不是
编译期常量指的就是程序在编译时就能确定这个常量的具体值
非编译期常量就是程序在运行时才能确定常量的值 (运行时常量)

public class Test {
    //编译期常量
    final int i = 1;
    final static int J = 1;
    //非编译期常量
    Random r = new Random();
    final int k = r.nextInt();
}

k的值由随机数对象决定，所以不是所有的final修饰的字段都是编译期常量，只是k的值在被初始化后无法被更改。

5.2 final类型的类如何拓展?

设计模式中最重要的两种关系，一种是继承/实现，另外一种是组合关系。所以当遇到不能用继承的，应该考虑用组合：

class MyString{
    private String innerString;
    // ...init & other methods
    // 支持老的方法
    public int length(){
        return innerString.length(); // 通过innerString调用老的方法
    }
    // 添加新方法
    public String toMyString(){
        //...
    }
}

5.3 如何理解private所修饰的方法是隐式的final?

类中所有的private方法都隐式地指定为final，因为其它类无法调用private方法，因此无法覆盖它。可以对private方法添加final修饰，但没意义

参考书籍：《Thinking in Java》 《深入理解java虚拟机》