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

final关键字在Java中有五种使用方式。

一门课是最终的 引用变量是最终变量 局部变量是final 方法是最终的

类是最终的:类是最终的意味着我们不能被扩展,继承意味着继承是不可能的。

类似地-一个对象是最终对象:有时我们不修改对象的内部状态,所以在这种情况下,我们可以指定对象是最终对象。Object final意味着不是变量也是final。

一旦引用变量成为final,它就不能被重新分配给其他对象。但是可以改变对象的内容,只要它的字段不是final的

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。

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。

实际上,在测试一些opengl相关代码时,我发现在私有字段上使用final修饰符会降低性能。下面是我测试的类的开头:

public class ShaderInput {

    private /* final */ float[] input;
    private /* final */ int[] strides;


    public ShaderInput()
    {
        this.input = new float[10];
        this.strides = new int[] { 0, 4, 8 };
    }


    public ShaderInput x(int stride, float val)
    {
        input[strides[stride] + 0] = val;
        return this;
    }

    // more stuff ...

这是我用来测试各种替代方案的性能的方法,其中包括ShaderInput类:

public static void test4()
{
    int arraySize = 10;
    float[] fb = new float[arraySize];
    for (int i = 0; i < arraySize; i++) {
        fb[i] = random.nextFloat();
    }
    int times = 1000000000;
    for (int i = 0; i < 10; ++i) {
        floatVectorTest(times, fb);
        arrayCopyTest(times, fb);
        shaderInputTest(times, fb);
        directFloatArrayTest(times, fb);
        System.out.println();
        System.gc();
    }
}

在第三次迭代之后,随着VM的升温,我始终得到了这些没有最后关键字的数据:

Simple array copy took   : 02.64
System.arrayCopy took    : 03.20
ShaderInput took         : 00.77
Unsafe float array took  : 05.47

最后一个关键字:

Simple array copy took   : 02.66
System.arrayCopy took    : 03.20
ShaderInput took         : 02.59
Unsafe float array took  : 06.24

注意ShaderInput测试的图。

将字段设置为公共或私有并不重要。

顺便说一句,还有一些更令人困惑的事情。ShaderInput类的性能优于所有其他变量,即使是final关键字。这是非常了不起的b/c,它基本上是一个包装浮点数组的类,而其他测试直接操作数组。必须把这个弄清楚。可能与ShaderInput的流畅界面有关。

同时系统。arrayCopy对于小数组显然比在for循环中简单地将元素从一个数组复制到另一个数组要慢一些。使用sun.misc.Unsafe(以及直接使用java.nio。FloatBuffer(这里没有显示)执行得非常糟糕。

正如在其他地方提到的,“final”用于局部变量,在较小程度上用于成员变量,更多的是一种风格问题。

'final'是一个声明,你希望变量不变(即,变量不会变化!)然后,如果你违反了自己的约束,编译器可以通过报错来帮助你。

我也认为,如果标识符(对不起,我只是不能把一个不变的东西称为“变量”)默认为final,并且要求你显式地说它们是变量,那么Java将是一种更好的语言。但话虽如此,我通常不会在初始化且从未赋值的局部变量上使用'final';好像太吵了。

(我确实在成员变量上使用final)

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