在Java中，我们看到很多地方可以使用final关键字，但它的使用并不常见。
例如:
String str = "abc";
System.out.println(str);
在上面的例子中，str可以是final，但通常不使用。
当一个方法永远不会被覆盖时，我们可以使用final关键字。类似地，类不会被继承。
在任何或所有这些情况下使用final关键字真的能提高性能吗?如果是，那该怎么做?请解释一下。如果final的正确使用确实关系到性能，那么Java程序员应该养成什么样的习惯才能最好地利用这个关键字呢?
当前回答
简单的回答:不用担心!
长一点的回答:
在讨论final局部变量时，请记住使用关键字final将帮助编译器静态优化代码，这可能最终导致更快的代码。例如，下面示例中的最终字符串a + b是静态连接的(在编译时)。
public class FinalTest {
public static final int N_ITERATIONS = 1000000;
public static String testFinal() {
final String a = "a";
final String b = "b";
return a + b;
}
public static String testNonFinal() {
String a = "a";
String b = "b";
return a + b;
}
public static void main(String[] args) {
long tStart, tElapsed;
tStart = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < N_ITERATIONS; i++)
testFinal();
tElapsed = System.currentTimeMillis() - tStart;
System.out.println("Method with finals took " + tElapsed + " ms");
tStart = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < N_ITERATIONS; i++)
testNonFinal();
tElapsed = System.currentTimeMillis() - tStart;
System.out.println("Method without finals took " + tElapsed + " ms");
}
}
结果呢?
Method with finals took 5 ms
Method without finals took 273 ms
在Java Hotspot VM 1.7.0_45-b18上测试。
那么实际性能提高了多少呢?我不敢说。在大多数情况下可能是微不足道的(在这个合成测试中大约为270纳秒，因为完全避免了字符串连接——这种情况很少见)，但在高度优化的实用程序代码中，它可能是一个因素。在任何情况下，对最初问题的答案都是肯定的，它可能会提高性能，但充其量只能提高一点点。
除了编译时的好处，我找不到任何证据表明使用关键字final对性能有任何可衡量的影响。
其他回答
是的，它可以。下面是一个final可以提高性能的例子:
条件编译是一种不根据特定条件将代码行编译到类文件中的技术。这可以用来删除产品构建中的大量调试代码。
考虑以下几点:
public class ConditionalCompile {
private final static boolean doSomething= false;
if (doSomething) {
// do first part.
}
if (doSomething) {
// do second part.
}
if (doSomething) {
// do third part.
}
if (doSomething) {
// do finalization part.
}
}
通过将doSomething属性转换为final属性，您已经告诉编译器，无论何时看到doSomething，它都应该按照编译时替换规则将其替换为false。编译器的第一次传递将代码更改为如下内容:
public class ConditionalCompile {
private final static boolean doSomething= false;
if (false){
// do first part.
}
if (false){
// do second part.
}
if (false){
// do third part.
}
if (false){
// do finalization part.
}
}
完成此操作后，编译器会再次查看它，并看到代码中有不可访问的语句。由于您使用的是高质量的编译器，它不喜欢所有那些不可访问的字节代码。所以它会移除它们，你最终会得到这个:
public class ConditionalCompile {
private final static boolean doSomething= false;
public static void someMethodBetter( ) {
// do first part.
// do second part.
// do third part.
// do finalization part.
}
}
从而减少任何过多的代码，或任何不必要的条件检查。
编辑: 以下面的代码为例:
public class Test {
public static final void main(String[] args) {
boolean x = false;
if (x) {
System.out.println("x");
}
final boolean y = false;
if (y) {
System.out.println("y");
}
if (false) {
System.out.println("z");
}
}
}
当用Java 8编译这段代码并用javap -c Test.class反编译时，我们得到:
public class Test {
public Test();
Code:
0: aload_0
1: invokespecial #8 // Method java/lang/Object."<init>":()V
4: return
public static final void main(java.lang.String[]);
Code:
0: iconst_0
1: istore_1
2: iload_1
3: ifeq 14
6: getstatic #16 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
9: ldc #22 // String x
11: invokevirtual #24 // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
14: iconst_0
15: istore_2
16: return
}
我们可以注意到，编译后的代码只包含非最终变量x。 这证明了最终变量对性能有影响，至少在这个简单的情况下是这样。
简单的回答:不用担心!
长一点的回答:
在讨论final局部变量时，请记住使用关键字final将帮助编译器静态优化代码，这可能最终导致更快的代码。例如，下面示例中的最终字符串a + b是静态连接的(在编译时)。
public class FinalTest {
public static final int N_ITERATIONS = 1000000;
public static String testFinal() {
final String a = "a";
final String b = "b";
return a + b;
}
public static String testNonFinal() {
String a = "a";
String b = "b";
return a + b;
}
public static void main(String[] args) {
long tStart, tElapsed;
tStart = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < N_ITERATIONS; i++)
testFinal();
tElapsed = System.currentTimeMillis() - tStart;
System.out.println("Method with finals took " + tElapsed + " ms");
tStart = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < N_ITERATIONS; i++)
testNonFinal();
tElapsed = System.currentTimeMillis() - tStart;
System.out.println("Method without finals took " + tElapsed + " ms");
}
}
结果呢?
Method with finals took 5 ms
Method without finals took 273 ms
在Java Hotspot VM 1.7.0_45-b18上测试。
那么实际性能提高了多少呢?我不敢说。在大多数情况下可能是微不足道的(在这个合成测试中大约为270纳秒，因为完全避免了字符串连接——这种情况很少见)，但在高度优化的实用程序代码中，它可能是一个因素。在任何情况下，对最初问题的答案都是肯定的，它可能会提高性能，但充其量只能提高一点点。
除了编译时的好处，我找不到任何证据表明使用关键字final对性能有任何可衡量的影响。
在Java中，我们使用final关键字使东西不可变，至少有3种方式可以使不可变对代码性能产生真正的影响。这三点有一个共同的起源，使编译器或开发人员做更好的假设:
更可靠的代码 更高效的代码 更高效的内存分配和垃圾收集
更可靠的代码
正如许多其他回复和评论所述，使类不可变会产生更清晰、更可维护的代码，使对象不可变会使它们更容易处理，因为它们可以完全处于一种状态，因此这转化为更容易的并发性和完成任务所需时间的优化。
此外，编译器会警告你使用未初始化的变量，不让你用新值重新赋值。
如果我们谈论方法参数，将它们声明为final，如果你不小心对变量使用了相同的名称，或者重新赋值(使参数不再可访问)，编译器会抱怨。
更高效的代码
对生成的字节码进行简单的分析，就可以解决性能问题:使用@rustyx在他的回复中发布的代码的最小修改版本，您可以看到，当编译器知道对象不会改变其值时，生成的字节码是不同的。
这就是代码:
public class FinalTest {
private static final int N_ITERATIONS = 1000000;
private static String testFinal() {
final String a = "a";
final String b = "b";
return a + b;
}
private static String testNonFinal() {
String a = "a";
String b = "b";
return a + b;
}
private static String testSomeFinal() {
final String a = "a";
String b = "b";
return a + b;
}
public static void main(String[] args) {
measure("testFinal", FinalTest::testFinal);
measure("testSomeFinal", FinalTest::testSomeFinal);
measure("testNonFinal", FinalTest::testNonFinal);
}
private static void measure(String testName, Runnable singleTest){
final long tStart = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < N_ITERATIONS; i++)
singleTest.run();
final long tElapsed = System.currentTimeMillis() - tStart;
System.out.printf("Method %s took %d ms%n", testName, tElapsed);
}
}
使用openjdk17: javac FinalTest.java编译
然后反编译:javap -c -p FinalTest.class
导致这个字节码:
private static java.lang.String testFinal();
Code:
0: ldc #7 // String ab
2: areturn
private static java.lang.String testNonFinal();
Code:
0: ldc #9 // String a
2: astore_0
3: ldc #11 // String b
5: astore_1
6: aload_0
7: aload_1
8: invokedynamic #13, 0 // InvokeDynamic #0:makeConcatWithConstants:(Ljava/lang/String;Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String;
13: areturn
private static java.lang.String testSomeFinal();
Code:
0: ldc #11 // String b
2: astore_0
3: aload_0
4: invokedynamic #17, 0 // InvokeDynamic #1:makeConcatWithConstants:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String;
9: areturn
// omitted bytecode for the measure() method, which is not interesting
正如您所看到的，在某些情况下，最后的关键字会产生影响。
为了完整起见，这些是测量的时间:
方法testFinal耗时5毫秒 方法testSomeFinal耗时13毫秒 方法testNonFinal耗时20毫秒
这些时间似乎无关紧要(假设我们完成了100万个任务)，但我认为，经过一段时间后，JIT优化正在发挥它的魔力，并消除了差异，但即使这样说，4x也不是可以忽略不计的，因为当涉及到testNonFinal循环时，JVM已经被前面的测试热身了，公共代码还应该优化。
容易内联
更少的字节码也可以转化为更简单、更短的内联，从而更好地利用资源和提高性能。
嵌入式设备
Java开发人员可以编写在服务器、桌面和小型或嵌入式设备上运行的代码，因此在编译时提高代码的效率(并且不完全依赖JVM优化)可以节省所有运行时的内存、时间和精力，并减少并发问题和错误。
更高效的内存分配和垃圾收集
如果对象具有final或immutable字段，那么它们的状态不能改变，并且它们所需要的内存在创建时更容易估计(因此这会导致更少的重定位)，并且需要更少的防御性副本:在getter中，我可以直接共享一个不可变对象，而无需创建防御性副本。
最后，还有另一个关于未来可能性的观点:当Valhalla项目看到太阳，“值类”将可用时，将不可变性应用于对象的字段，对于那些想要使用它们的人来说将是一个显著的简化，并利用可能出现的大量jit编译器优化。
一个关于不变性的个人说明
如果变量、对象的属性和方法的参数在Java中默认是不可变的(就像在Rust中一样)，开发人员将被迫编写更清晰、性能更好的代码，并且显式地声明所有可以改变其值的对象是可变的，这将使开发人员更加意识到可能出现的错误。
我不知道final类是否也一样，因为可变类听起来对我来说没有什么意义
你实际上在问两种(至少)不同的情况:
局部变量的Final 方法/类的Final
Jon Skeet已经回答了2)。关于1):
我不认为这有什么区别;对于局部变量，编译器可以推断该变量是否是final变量(只需检查它是否被多次赋值)。因此，如果编译器想要优化只赋值一次的变量，无论变量是否声明为final，它都可以这样做。
Final可能会对protected/public类字段产生影响;在那里，编译器很难发现字段是否被设置了不止一次，因为它可能发生在不同的类中(甚至可能没有被加载)。但即使这样，JVM也可以使用Jon描述的技术(乐观地优化，如果加载了更改字段的类，则恢复)。
总之，我看不出有任何理由它应该有助于性能。 所以这种微观优化不太可能有帮助。您可以尝试对其进行基准测试以确定，但我怀疑它是否会产生影响。
编辑:
实际上，根据Timo Westkämper的回答，final在某些情况下可以提高类字段的性能。我接受纠正。
令我惊讶的是，居然没有人发布一些经过反编译的真实代码，以证明至少有一些小的差异。
作为参考，已经在javac版本8,9和10上进行了测试。
假设这个方法:
public static int test() {
/* final */ Object left = new Object();
Object right = new Object();
return left.hashCode() + right.hashCode();
}
按原样编译这段代码，生成的字节代码与出现final时完全相同(final Object left = new Object();)。
但是这个:
public static int test() {
/* final */ int left = 11;
int right = 12;
return left + right;
}
生产:
0: bipush 11
2: istore_0
3: bipush 12
5: istore_1
6: iload_0
7: iload_1
8: iadd
9: ireturn
把final留给present会产生:
0: bipush 12
2: istore_1
3: bipush 11
5: iload_1
6: iadd
7: ireturn
代码几乎是不言自明的，如果有编译时间常数，它将被直接加载到操作数堆栈中(它不会像前面的例子那样通过bipush 12存储到局部变量数组中;istore_0;Iload_0)——这是有意义的，因为没有人可以改变它。
另一方面，为什么在第二种情况下编译器没有生成istore_0…iload_0超出了我，它不像插槽0被以任何方式使用(它可以缩小变量数组这种方式，但可能是我错过了一些内部细节，不能确定)
我很惊讶看到这样的优化，因为javac做的事情很少。至于我们应该总是使用final吗?我甚至不打算写一个JMH测试(这是我最初想做的)，我确信差异是按ns的顺序(如果可能的话)。唯一可能出现问题的地方是，当一个方法因为它的大小而不能内联时(声明final将使该大小缩小几个字节)。
还有两个最后的问题需要解决。首先，当一个方法是final时(从JIT的角度来看)，这样的方法是单形的——JVM最喜欢这种方法。
然后是最后一个实例变量(必须在每个构造函数中设置);这些是重要的，因为它们将保证一个正确发布的引用，正如这里提到的一点，也由JLS精确指定。
话虽如此，这里还有一件事是每个答案都看不见的:垃圾收集。这将花费大量时间来解释，但是当您读取一个变量时，GC对该读取有一个所谓的障碍。每个loadad和getField都通过这样的屏障“保护”，这里有更多细节。理论上，最终场不需要这样的“保护”(它们可以完全跳过屏障)。因此，如果GC这样做- final将提高性能。
