Java 中的 final 关键字是如何工作的？

AmitG 2024-10-11

Java 中的 final 关键字是如何工作的？我仍然可以修改对象。

这是一个面试中的经典问题。通过这个问题，面试官试图考察你对对象在构造函数、方法、类变量（静态变量）和实例变量方面的行为理解程度。

如今，面试官还经常问另一个热门问题：Java 1.8 中的“effectively final”（有效 final）是什么？
我会在文章最后解释 Java 1.8 中的这个概念。

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

class Test {
    private final List foo; // 注释-1    
    public Test() {
        foo = new ArrayList(); // 注释-2
        foo.add("foo"); // 修改-1   注释-3
    }

    public void setFoo(List foo) {
       //this.foo = foo; 会导致编译错误。
    }
}

在上述代码中，我们为 Test 类定义了一个构造函数，并提供了一个 setFoo 方法。

关于构造函数

构造函数在每次使用 new 关键字创建对象时只能被调用一次。你不能多次调用构造函数，因为它的设计初衷就是如此。

关于方法

方法可以被调用任意多次（甚至一次都不调用），编译器清楚这一点。

场景 1

private final List foo;  // 1

foo 是一个实例变量。当我们创建 Test 类的对象时，实例变量 foo 会被复制到该对象内部。

如果我们在构造函数中为 final 的 foo 赋值，编译器知道构造函数只会被调用一次，因此允许在构造函数中进行赋值，这没有问题。

但如果我们尝试在方法中为 final 的 foo 赋值，编译器会拒绝，因为方法可能被多次调用，这意味着 final 变量的值可能会被多次更改——而这正是 final 所禁止的。因此，编译器认为构造函数是初始化 final 实例变量的合适位置。你只能一次性为 final 变量赋值。

场景 2

private static final List foo = new ArrayList();

现在 foo 是一个静态变量。当我们创建 Test 类的实例时，foo 不会被复制到每个对象中，因为它是 static 的。这意味着 foo 不再是每个对象的独立属性，而是属于 Test 类本身的共享属性。

如果我们在构造函数中初始化 static final 变量，那么每次创建新对象（即每次调用构造函数）都会试图修改这个共享的 final static 变量——这是不允许的。

因此，编译器规定：static final 变量不能在构造函数中初始化，也不能通过方法赋值。你必须在声明的同时完成初始化（如上面注释-1 所示的位置）。

场景 3

t.foo.add("bar"); // 修改-2

这正是你问题中提到的情况。在这里，你并没有改变 foo 引用所指向的对象，而只是向该对象（ArrayList）中添加了内容，这是完全允许的。

编译器只会在你试图将 foo 重新指向另一个新对象（例如 foo = new ArrayList();）时报错。

规则：如果你已经初始化了一个 final 变量，那么你就不能再让它引用另一个不同的对象。（在这个例子中，就是 ArrayList 对象）

其他关于 `final` 的要点

final 类不能被继承（即不能有子类）。
final 方法不能被重写（当该方法在父类中时）。
子类中的方法可以是 final 的（这句话要从语法角度理解：子类可以定义自己的 final 方法，也可以重写父类非 final 方法并将其标记为 final）。

Java 1.8 中的 “Effectively Final”（有效 final）是什么？

public class EffectivelyFinalDemo { // 使用 Java 1.8 编译
    public void process() {
        int thisValueIsFinalWithoutFinalKeyword = 10; // 这个变量是“有效 final”的
        
        // 要使其成为 effectively final，就不能重新赋值。请删除下面这一行（按提示操作）
        thisValueIsFinalWithoutFinalKeyword = getNewValue(); // 删除此行以测试 effectively final
        
        class MethodLocalClass {
            public void innerMethod() {
                // 下面这行会报编译错误：
                // "Local variable thisValueIsFinalWithoutFinalKeyword defined in an enclosing scope must be final or effectively final"
                System.out.println(thisValueIsFinalWithoutFinalKeyword); 
                // 在方法局部内部类中，只能访问 final 或 effectively final 的局部变量
                // 如果你想测试 effectively final 是否生效，请删除上面提到的赋值语句。
            }
        }
    }

    private int getNewValue() {
        return 0;
    }
}

在 Java 1.7 及更早版本中，如果你要在方法局部内部类（method local inner class）或Lambda 表达式中访问局部变量，必须显式地用 final 修饰该变量。

但从 Java 1.8 开始，只要一个局部变量在初始化后从未被重新赋值，即使没有显式加上 final 关键字，它也被视为 “effectively final”，可以在内部类或 Lambda 中安全使用。