【Java学习笔记（三-3）】final修饰符

本文最后更新于2020年4月15日，可能由于时间等因素导致内容失效，请自行辨别或联系作者。

final修饰符

final关键字可以用于修饰类、变量和方法，被修饰的类、变量和方法初始化后就不可再改变

final成员变量

成员变量是随着类初始化或对象初始化而初始化的；对于final修饰的成员变量而言，如果既没有在定义成员变量时指定初始值，也没有在初始化块、构造方法中为成员变量指定初始值，那么这些成员变量的值将一直是系统默认分配的0、’\u0000’、false或null，这些成员变量也就失去存在的意义。因此Java语法规定：final修饰的成员变量必须由程序员显式地指定初始值
final修饰的类变量、实例变量能指定初始值的地方如下
- 类变量：必须在静态初始化块中指定初始值或生命该类变量时指定初始值，而且只能在两个地方之一指定
- 实例变量：必须在非静态初始化块、声明该实例变量或构造方法中指定初始值，而且只能在三个地方的其中之一指定

final局部变量

系统不会对局部变量进行初始化，局部变量必须由程序员显式初始化，因此使用final修饰局部变量时，既可以在定义时指定默认值，也可以不指定默认值
如果final修饰的局部变量在定义时没有指定默认值，则可以在后面代码中对该final变量赋初值，但只能一次，不能重复赋值

final修饰基本类型变量和引用类型变量的区别

当使用final修饰基本类型变量时，不能对基本类型变量重新赋值，因此基本类型变量不能被改变。但对于引用类型变量而言，它保存的仅仅是一个引用，final只保证这个引用类型变量所引用的地址不会改变，即一直引用同一个对象，但这个对象完全可以发生改变

可执行“宏替换”的final变量

final修饰符的一重要用途就是定义“宏变量”。对于一个任意final变量来说，只要该变量满足三个条件，这个final变量就不再是一个变量，而是相当于一个直接量，这个直接量本质是就是一种“宏变量”，编译器会把程序中所有用到该变量的地方直接替换成该变量的值
- 使用final修饰符修饰
- 在定义该final变量时指定了初始值
- 该初始值可以在编译时被确定下来
除了为final变量赋值时赋直接量的情况外，如果被赋的表达式只是基本的算数表达式或字符串连接运算，没有访问普通变量，调用方法，Java编译器通用会将这种final变量当初“宏变量”处理。
- 例如：
```
final int a=5+2; 
final double b=1.2/3; 
final String str="我是"+"一个演示"; 
final String book="33+66="+99;
```
宏变量与普通变量直接使用”==”运算符比较时，会返回false

final方法

final修饰的方法不可被覆写，如果处于某些原因，不希望子类覆写父类的某个方法，可以使用final修饰符修饰该方法
如果用final修饰本身已经用private修饰的方法，那么因为这个方法对于子类是不可以见的，所以子类可以重新定义一个同名同参的方法
final修饰的方法可以被重载

final类

final修饰的类不可以有子类，俗称“太监类”

不可变(immutable)类

不可变类的意思是创建该类的实例后，该实例的实例变量是不可改变的，例如Java提供的8个包装类和String类就是不可变类
如果需要创建自定义的不可变类，可遵守如下规则
- 使用private和final修饰符来修饰该类的成员变量
- 提供带参数构造方法，用于根据传入参数来初始化类的成员变量
- 仅为该类的成员变量提供getter方法，不要为该类的成员变量提供setter方法
- 如果有必要，重写Object类的hashCode()和equals()方法。equals()方法根据关键成员变量来作为两个对象是否相等的标准，除此之外，还应该保证两个用equals()方法判断为相等的对象的hashCode()也相等

而如果使用final修饰引用变量时，其指向的对象依然可以改变，这就产生了一个问题：当创建不可变类时，如果它包含成员变量的类型是可变的，那么其对象的成员变量的值依然是可变的——这个不可变类其实是失败的

例如:

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Name n = new Name("梓臻", "欧阳");
        Person p = new Person(n);
        System.out.println(p.getName().getFirstName());
        n.setFirstName("峰");
        System.out.println(p.getName().getFirstName());
    }
}

class Name {
    private String firstName, lastName;

    public Name() {
    }

    public Name(String firstName, String lastName) {
        this.firstName = firstName;
        this.lastName = lastName;
    }

    public String getFirstName() {
        return firstName;
    }

    public void setFirstName(String firstName) {
        this.firstName = firstName;
    }

    public String getLastName() {
        return lastName;
    }

    public void setLastName(String lastName) {
        this.lastName = lastName;
    }

}

class Person {
    private final Name name;

    public Person(Name name) {
        this.name = name;
    }

    public Name getName() {
        return name;
    }
}

上面的程序中修改了Name类对象n的firstName的值，导致了Person类对象p的name的firstName改变，破坏了设计Person类的初衷，final修饰符失去了它的意义。为了保护Person类对象p的不可变性，必须让程序无法访问到Person对象的name成员变量，Person类的代码可以改下为如下：
```
class Person {
    private final Name name;

    public Person(Name name) {
        this.name = new Name(name.getFirstName(), name.getLastName());
    }

    public Name getName() {
        return new Name(name.getFirstName(), name.getLastName());
    }
}
```

- 上面的程序中，Person的构造方法创建Person对象时并不是直接利用已有的Name对象，而是重新创建了一个Name对象来赋给Person对象的name实例变量。当Person对象返回name变量时，它并没有直接把name实例变量返回，直接返回那么实例变量的值也可能导致它所引用的Name对象被修改

缓存实例的不可变类

不可变类的实例状态不可改变，可以很方便地被多个对象所共享。如果程序经常使用相同的不可变类实例，则应该考虑缓存这种不可变类的实例
缓存是软件设计中一个非常有用的模式，缓存的实现方式有很多种，不同的实现方法可能存在较大的性能差别

例如

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        CacheImmutale c1=CacheImmutale.valueOf("Hello");
        CacheImmutale c2=CacheImmutale.valueOf("Hello");
        System.out.println(c1==c2+""+c1.getName());
    }
}

class CacheImmutale {
    private static int MAX_SIZE = 10;
    // 使用数组来缓存已有的实例
    private static CacheImmutale[] cache = new CacheImmutale[MAX_SIZE];
    // 记录缓存实例在缓存中的位置，cache[pos-1]是最新缓存的实例
    private static int pos = 0;
    private final String name;

    private CacheImmutale(String name) {
        this.name = name;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public static CacheImmutale valueOf(String name) {
        // 遍历已缓存的对象
        for (int i = 0; i < MAX_SIZE; i++) {
            // 如果已有相同实例，则直接返回该缓存的实例
            if (cache[i] != null && cache[i].getName().equals(name)) {
                return cache[i];
            }
        }
        // 如果缓存池已满
        if (pos == MAX_SIZE) {
            // 把缓存的第一个对象覆盖，把刚刚生成的对象放在缓存池的最开始位置
            cache[0] = new CacheImmutale(name);
            // 把pos设为1
            pos = 1;
        } else {
            // 把新创建的对象缓存起来，pos+1
            cache[pos++] = new CacheImmutale(name);
        }
        return cache[pos - 1];
    }

    public boolean equals(Object obj) {
        if (this == obj) {
            return true;
        }
        if (obj != null && obj.getClass() == CacheImmutale.class) {
            CacheImmutale ci = (CacheImmutale) obj;
            return name.equals(ci.getName());
        }
        return false;
    }

    public int hashCode() {
        return name.hashCode();
    }

}

上面程序中，CacheImmutable类使用一个数组来缓存该类的对象，这个数组长度为MAX_SIZE。当缓存池已满时，则按照“先进先出”原则来决定哪个对象将被移出缓存池。CacheImmutable类能控制系统生成CacheImmutable对象的个数，且只能使用该类的valueOf()方法来得到去对象
Integer类就采用了与CacheImmutable类相同的处理策略，如果采用new构造器来创建Integer对象，则每次返回全新的Integer对象；如果采用valueOf()方法来创建Integer对象（仅限-128-127之间的整数），则会缓存该方法创建的对象

【Java学习笔记（三-3）】final修饰符

final修饰符

final关键字可以用于修饰类、变量和方法，被修饰的类、变量和方法初始化后就不可再改变

final成员变量

final局部变量

final修饰基本类型变量和引用类型变量的区别

可执行“宏替换”的final变量

final方法

final类

不可变(immutable)类

缓存实例的不可变类

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