Java中的关键字之final详解

一、final关键字概述

final有最终的、不可变更的意思，它可用于修饰类、变量和方法。用于表示它修饰的类、方法和变量不可改变。

总结起来是如下三点：

• final修饰变量——表示该变量一旦获得了初始值就不可被改变，即不能够被重新赋值。final即可以修饰成员变量（包括类变量和实例变量），也可以修饰局部变量形参。
• final修饰方法——final修饰的方法不可被重写。
• final修饰类——final修饰的类不可以被继承。

二、final修饰变量

1、final修饰成员变量

Java语法规定：final修饰的成员变量必须由程序员显示地指定初始值。

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声明该类变量时指定初始值，而且只能在这两个地方的其中之一指定。
• 实例变量：必须在普通初始化块、声明该实例变量或构造器中指定初始值，而且只能在三个地方的其中之一指定。

若成员变量的值未在上面任何一处指定初始值，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，这些成员变量也就完全失去了存在的意义。

final修饰成员变量的例子如下：

public class FinalVariable {
    // 定义成员变量时指定默认值
    final int a = 2;
    final String str;
    final int b;
    final static float c;
    // 在普通初始化块中，给没有指定默认值的实例变量指定初始值
    {
        str = "final";
        // 声明实例变量a时已经指定了默认值，因此不能为a重新赋值
        // a = 66;
    }
    // 在静态初始化块中，给没有指定默认值的类变量指定初始值
    static {
        c = 6.6f;
    }
    // 在构造器中，可对没有指定默认值，有没有在普通初始化中
    // 指定初始值的实例变量指定初始值
    public FinalVariable() {
        b = 8;
        // 已在普通初始化块中为str指定了初始值，因此在构造器中不能对str重新赋值
        // str = "change";
    }
    public void change() {
        // 不能再普通方法中为final修饰的成员变量指定初始值，也不能重赋值
        // c = 8.8f;
    }
}

2、final修饰局部变量

系统不会对局部变量进行初始化，局部变量必须被显示初始化。因此使用final修饰局部变量时，即可以在定义时指定默认值，也可以不指定默认值。如果在定义时没有指定默认值，则可以在后面代码中对该final变量赋初始值，但只能一次，不能重复赋值；如果在定义时已经指定默认值，则后面代码中不能再对该变量赋值。

final修饰局部变量的例子如下：

public class FinalLocalVariable {
    // 不能对final修饰的形参赋值
    public void test(final int a) {
        // 因为形参在调用该方法时，已经由系统根据传入的参数来完成初始化，
        // 因此使用final修饰的形参不能被赋值。
        // a = 6;
    }
    public static void main(String[] args) {
        // 定义final局部变量时指定默认值，则str变量无法重新赋值
        final String str = "final";
        // 定义final局部变量时没有指定默认值，则该局部变量可被赋值一次
        final int b;
        b = 8;
    }
}

3、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只保证这个引用变量所引用的地址不会改变，即一直引用同一个对象，但可以改变引用类型变量所引用的对象的内容。

下面以final修饰数组和Person对象举例：

import lombok.Data;
import java.util.Arrays;
@Data
class Person {
    private int age;
    public Person(int age) {
        this.age = age;
    }
}
public class FinalReference {
    public static void main(String[] args) {
        // final修饰数组变量，iArr是一个引用变量
        final int[] iArr = {5, 6, 12, 9};
        System.out.println(Arrays.toString(iArr));
        // 对数组元素进行排序
        Arrays.sort(iArr);
        System.out.println(Arrays.toString(iArr));
        // 对数组元素赋值
        iArr[2] = -8;
        System.out.println(Arrays.toString(iArr));
        // 不能对iArr重新赋值
        // iArr = null;
        // final修饰Person变量，p是一个引用变量
        final Person p = new Person(45);
        // 改变Person对象的age实例变量
        p.setAge(23);
        System.out.println(p.getAge());
        // 不能对p重新赋值
        // p = null;
    }
}

4、final变量的“宏替换”

final修饰符的一个重要用途就是定义“宏变量”。对一个final变量来说，不管它是类变量、实例变量还是局部变量，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。

1. 使用final修饰符修饰；
2. 在定义该final变量时指定了初始值（该初始值可以是直接量，也可以是基本的算数表达式或字符串连接运算，不可以是普通变量或调用方法）；
3. 该初始值可以在编译时就被确定下来。

满足以上三个条件的final变量本质上就是一个“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。

下面看下final变量作为“宏变量”的例子：

上面代码a是final修饰的局部变量，并且在定义时指定了初始值5，对于程序来说，变量a其实根本不存在，实际上编译器在编译阶段，将System.out.println(a);转换为System.out.println(5);。

final变量的b和str1在定义分别通过基本的算数表达式和字符串连接运算指定了初始值。因此b和str1是“宏变量”。由于str1是“宏变量”，它将被直接替换成“final宏变量888”，str1将指向的是字符串常量池中的“final宏变量888”。因此第一个判断为true。而str2需要调用String类的方法，因此编译器无法在编译时确定str2的值，str2不会被当成“宏变量”处理。因此第二个判断为false。

s2变量引用的字符串可以在编译时就确定下来，因此时直接引用常量池中已有的“final宏变量”。因此第三个判断相等。对于s3而言，它的值由st1和st2进行连接运算后得到。由于st1、st2只是两个普通变量，编译期不会执行“宏替换”，因此编译器无法在编译时确定s3的值，也就无法让s3指向字符串常量池中缓存的“final宏变量”，所以第4个判断为false。而s4是由st3和st4进行连接运算后得到，st3和st4是两个宏变量，因此可以执行“宏替换”，编译器可以编译阶段确定s4的值，使其指向字符串常量池中缓存的“final宏变量”，所以第5个判断为true。实际上s2和s4是等价的。

三、final修饰方法

 final修饰的方法不可被重写，如果出于某些原因，不希望子类重写父类某个方法，则可以使用final修饰该方法。

Java提供的Object类里就有一个final方法：getClass()，因为Java不希望任何类重写这个方法，所以使用final把这个方法密封起来。但对于该类提供的toStirng()和equals()方法，都允许子类重写，因此没有使用final修饰他们。

四、final修饰类

final修饰的类不可以有子类，例如java.lang.Math类就是一个final类，他不可以有子类。

当子类继承父类时，将可以访问到父类内部数据，并可以通过重写父类方法来改变父类方法的实现细节，这可能导致一些不安全的因素。为了保证某个类不可被继承，则可以使用final修饰这个类。

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