final不可变性

news2024/11/26 20:22:31

一、什么是不可变性（Immutable）

如果对象在被创建后，状态就不能被修改，那么它就是不可变的
这个对象不能被修改指：
- 对象指向(引用)不可变
- 字段不可变
- 成员变量不可变

案列演示： person对象，age和name属性都不能再变

/**
 *      不可变的对象，演示其他类无法修改这个对象
 *      public也不行
 */
public class Person {
    final String name = "李白";
    final int age = 18;
}

测试修改被final修饰的类属性，发现编译都过不了

如果这个类，有一个可修改的成员变量，他不被final修饰，那么这个类就不具备不可变性，可以修改：

具有不可变性的对象，一定线程安全！！！我们不需要采取任何额外的安全措施，也可以保证线程安全

二、final的作用

1、早期

早起的Java版本中，会将final修饰的方法转为内嵌调用

内嵌调用：一个方法调用另外一个final方法，那么就把这个final方法里面的东西全部都挪过来。相当于只在同一个方法里调用完成整个工作。不是方法之间调来调去，减少性能损耗。

2、现在

修饰类：防止被继承
修饰方法：防止被重写
修饰变量：防止被修改

final 天生 线程安全 ，不需要额外的同步开销。

三、final的3种用法

1、修饰变量

（1）含义

被final修饰的变量，意味着值不能被修改。如果修饰的是对象，那么对象的引用不能变，但是引用的那个对象自身的属性依然可以变化。比如下面这样改变对象的引用是不可以的：

        final Person p = new Person();
        p = new Person(); // 重新赋值一个别的对象是不允许的

但是修改对象的属性是可以的，如下：

        final Person p = new Person();
        p.score = 100; // 对象的属性是可以修改的

（2）3种变量的赋值时机

① final instance variable（类中的final属性）

属性被声明为final后，改变量则只能被赋值一次。且一旦被赋值，final的变量就不能在改变，无论如何也不会变。

类中的final属性允许在下面三种时机进行赋值：

1、声明变量时在等号右边直接赋值

public class FinalVariableDemo {
    private final int a = 10;
}

2、构造函数中赋值

public class FinalVariableDemo {
    private final int a;

    public FinalVariableDemo(int a) {
        this.a = a;
    }
}

3、类的初始化代码块中赋值（不常用）

public class FinalVariableDemo {
    private final int a;

    {
        a = 4; // 初始化代码块中赋值
    }
}

对于类中的final属性，必须在上面三种赋值方式中选择一种，否则就会提示错误：

② final static variable（类中的static final属性）

类中的static final属性的赋值时机有两种，如下：

除了在声明变量的等号右边直接赋值外，static final变量还可以用static初始代码块赋值，但是不能用普通的初始化代码块赋值

1、声明变量时在等号右边直接赋值

public class FinalVariableDemo {
    private static final int a = 1;
}

2、static初始代码块赋值

public class FinalVariableDemo {
    private static final int a;
    static {
        a = 1;
    }
}

③ final local variable（方法中的final变量）

方法中的final变量的赋值时机和前面两种不同，由于这里的变量是在方法里的；所以没有构造函数，也不存在初始代码块。它不规定赋值时机，只要求在使用前必须赋值，这一点和方法中的其他非final变量的要求也是一样的。

（3）为什么要规定赋值时机？

如果在final变量在初始化时不赋值，而像普通变量一样自动会有一个默认值，那么以后再想赋值时，就意味着该变量从默认值变成你的赋值，这就意味着final变量的值修改了，违反了final不变性的原则了

2、修饰方法

（1）构造方法不允许final修饰

（2）不可被重写，也就是不能被override

即便是子类有同样名字的方法，那也不是重写的父类方法，这个和static不能被重写是一个道理

3、修饰类

修饰类时，表示类不可被继承

String就是被final修饰

四、final的注意点

final修饰对象的时候，只是对象的引用不可变，而对象本身的属性是可以变化的
可以养成一个良好的编程习惯：对于要求不能变的变量或者属性，尽量使用final修饰，同时也能向其他开发者暗示该变量不能变。

五、不变性和final的关系

不变形并不意味着，简单地用final修饰就是不可变

对于基本数据类型，确实被final修饰后就具备不可变性
但是对于对象类型，需要该对象保证自身被创建后，状态永远不会变才可以
- 满足以下条件时，对象类型才满足不可变性
  - 对象创建后，其状态就不能修改
  - 所有属性都是final修饰的
  - 对象创建过程中没有发生逸出

如下所示，该类的对象创建之后，对象整体都是不可变的：

/**
 * 描述：     一个属性students是对象，但是整体不可变，其他类无法修改set里面的数据
 *            只在初始化过程中赋值，只提供读取的方法isStudent(String name)给外部，其他类没有修改的机会
 */
public class ImmutableDemo {

    private final Set<String> students = new HashSet<>();

    public ImmutableDemo() {
        students.add("李白");
        students.add("杜甫");
        students.add("白居易");
    }

    public boolean isStudent(String name) {
        return students.contains(name);
    }
}

六、栈封闭技术

在方法里新建的局部变量，实际上是存储在每个线程私有的栈空间，而每个栈空间是不能被其他线程所访问到的，所以不会有线程安全问题。这就是著名的“栈封闭”技术，是“线程封闭”技术的一种情况。

换句话说，方法内的变量，多个线程之间不共享，不会被其他线程所访问到

/**
 *      演示栈封闭的两种情况，基本变量 和 对象
 *      先演示线程争抢带来错误结果，然后把变量放到方法内，情况就变了
 */
public class StackConfinement implements Runnable {
    //类共享变量，被两个线程共享
    int index = 0;

    public void inThread(){
        //方法内局部变量，多个线程之间不共享
        int neverGoOut = 0;
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            neverGoOut++;
        }
        System.out.println("栈内保护的数字是线程安全的： "+neverGoOut);
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            index++;
        }
        inThread();
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        StackConfinement r = new StackConfinement();

        Thread thread1 = new Thread(r);
        Thread thread2 = new Thread(r);

        thread1.start();
        thread2.start();
        thread1.join();
        thread2.join();

        System.out.println(r.index);
    }
}