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

I cannot say it is uncommon because as far as I know it is the only way of declaring a constant in java. As a javascript developer, I know how important the keyword constant is. If you are working in production level, and you have values that can never be changed even accidentally by other coders, values such as SSN number or even names. Then you have to use the final keyword to declare variables. Sometimes it can be very troublesome if certain classes can be inherited. Because if many people are working in a team someone can inherit a class, extend it and even make changes to the variables and methods of the parent class. This can be stopped with the keyword final because even static variables can be changed unless the final keyword is used. As far as your question is concerned I do not think the final keyword can affect the performance of the code, but it can definitely prevent human errors by making sure that other team members do not accidentally modify anything that needs to remain constant.

其他回答

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。

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

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。

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。

注意:不是java专家

如果我没有记错我的java,使用final关键字几乎没有办法提高性能。 我一直知道它的存在是为了“好代码”——设计和可读性。