Java中使用final关键字真的能提高性能吗?

本文探讨了Java中final关键字是否能提高性能的问题,通过实验发现final修饰符更多用于设计而非带来性能提升。

 

使用final关键字真的能提高性能吗?

 

首先这里有一篇文章:

http://www.javamex.com/tutorials/java_final_performance.shtml 

 

在这篇文章中,作者Neil Coffey说到了下面一些内容:

But to the best of my knowledge, there are no class/method optimisations in Hotspot based on whether or not a class or method is final. In a discussion with members of the Hotspot compiler team back in 2005, they confirmed this was already the case then.

     这段话的大致意思是,据作者所知,在Hotspot中没有任何的优化是基于一个类或者一个方法是否是final的。在2005年与Hotspot开发团队的一次讨论中,他们证实了这种情况。

       接着作者进行了一个性能测试,测试内容是先有一个基类BaseClass,在基类中定义一个方法A;然后定义三个子类:①ClassA 继承基类②ClassB继承基类并定义为final③classC继承基类,并且被其他类继承;三个子类分别用相同的内容覆写方法A。因为对于每个子类,使用时都有两种方式,例如

BaseClass classA = new ClassA();或

ClassA classA = new ClassA();

因此这里有6种调用方法A的方式,分别对比方法调用的耗时。

结果是:

     结果表明,class是否由final修饰不会影响性能,同时第二种声明方法相对更高效,但是第二种有时不符合我们面向接口编程的原则,所以这里存在取舍。

     对于final提高性能还有另一种可能,就是编译器倾向于将用final修饰的短方法内联(inline)。文中提到在早期的字节码编译器中错误地采取这种判断内联的方法,而在现代的Java编译器中不再这样。在Hotspot虚拟机中,它的优化是基于JIT技术,而不是基于你是否将方法标记为final。遗憾的是作者并没有对此进行测试,所以这里我们就自己来设计测试。代码如下

 

public class FinalVsNonFinal 
{
	private static final int TIMES = 10_0000;

	public static void main(String[] args) {
		FinalVsNonFinal o = new FinalVsNonFinal();
		//多测试几次,看看情况
		//输出时间的单位是毫秒
		for(int i = 0; i < 4; i++) {
			testFinal(o);
			testNonFinal(o);
		}
	}

	public final boolean methodA() {
		return true;
	}

	public boolean methodB() {
		return true;
	}

	public static void testFinal(FinalVsNonFinal o) {
		long start = System.nanoTime();
		for(int i = 0; i < TIMES; i++) {
			o.methodA();
		}
		long duration = System.nanoTime() - start;
		System.out.println("Final Method: " + duration/1.0e6);
	}

	public static void testNonFinal(FinalVsNonFinal o) {
		long start = System.nanoTime();
		for(int i = 0; i < TIMES; i++) {
			o.methodB();
		}
		long duration = System.nanoTime() - start;
		System.out.println("Non-Final Method: " + duration/1.0e6);
	}
}
 

  运行结果的截图是:


(我的jdk版本是jdk1.7.0_03,系统是windows 7,cpu是AMD turion RM75)


      从上面的截图可以看出,final方法和non-final方法的耗时差不多,但是第1次双方都耗时较多,而后面2次的调用耗时越来越少。在这里,后几次时间的减少就是由于JIT技术,有兴趣的可以去了解下Java中的JIT技术。

 

综上所述, Java中的final关键字更多是用在设计上,而final关键字本身并不能带来性能的提升

 

<think> 首先,用户的问题是关于Javafinal关键字是否能保证变量的可见性。我已经提供了之前的对话历史,其中用户引用了三个参考资料:[1]、[2]、[3]。这些参考资料讨论了final关键字Java中的作用,特别是关于可见性和不可变性。 关键点从引用中提取: - 引用[1]:final主要确保变量的不可变性,而不是直接提供所有场景下的可见性保障。特定情况下可以保证可见性,需结合JMM分析。 - 引用[2]:final可以保证可见性,但指的是在构造方法初始化完成后,其他线程能看见final字段的值,前提是this没有逸出。这叫“初始化安全性”,不是volatile那样的即时可见性。 - 引用[3]:final字段允许实现线程安全的不可变对象,无需同步。可见性是线程安全的一部分,final提供安全性保证。 用户当前的查询是:"我想了解Javafinal关键字是否能保证变量的可见性 请问Javafinal关键字能否保证变量的可见性"。所以,我需要直接回答这个问题,参考这些资料。 我的回答结构需要清晰,逐步解决问题: 1. **介绍final关键字的基本作用**:强调不可变性。 2. **解释可见性在并发上下文中的含义**:可见性是指一个线程修改变量后,其他线程能立即看到变化。 3. **分析final是否能保证可见性**:参考JMM规则,使用引用资料。 - 在正常字段中,final不能保证可见性;但在构造线程安全的不可变对象时,通过初始化安全性,能保证可见性。 - 条件:构造器完成后,this未逸出,final字段的值对其他线程可见。 4. **与volatile比较**:突出final的可见性是初始化时的,不是动态变化的。 5. **总结**:在特定条件下能保证可见性,但不能用于所有场景。 回答格式: - 使用中文。 - 行内数学表达式用$...$,但这个问题可能不涉及数学,所以可能不需要。 - 独立公式用$$...$$,如果需要,但Java问题可能没有数学公式。 - 添加引用标识在段落末尾,如[^1]。 - 生成相关问题在最后。 生成相关问题: 基于主题,例如: 1. final关键字如何影响单例模式的线程安全? 2. volatile和final在并发编程中的区别是什么? 3. 如何确保对象的不可变性在Java中? 4. 构造器逃逸(this逸出)如何影响final字段的可见性? 5. Java内存模型中对final字段的具体规则是什么? 确保回答真实可靠:基于标准Java知识和JMM文档。 大纲回答: - **开头**:直接回答问题。 - **主体**: - 解释final的基本作用(不可变性)。 - 讨论可见性概念。 - 描述JMM中对final的规则(初始化安全性)。 - 给出条件(this未逸出)。 - 举例说明。 - **总结**:澄清局限。 - **相关问题**:列出几个。 最终回答以用户可见层呈现。 </think> ### Javafinal关键字是否能保证变量的可见性? 在Java并发编程中,final关键字**在特定条件下可以保证变量的可见性**,但其主要作用是确保变量的**不可变性**(即变量一旦初始化后不能被修改),而不是像volatile那样直接提供所有场景下的即时可见性。可见性指的是一个线程修改变量后,其他线程能立即观察到变化。下面我将逐步分析final关键字的可见性保障机制,结合Java内存模型(JMM)的规则来解释。 #### 1. **final关键字的基本作用** - final修饰变量(包括基本类型和引用类型)时,强制变量在初始化后不可修改: - 对于基本类型(如`int`),值不可变。 - 对于引用类型(如`String`),引用不可变(但引用对象内部状态可变)。 - 核心语义是保证**不可变性**,这对简化并发设计和避免数据竞争有重要意义[^1]。 #### 2. **可见性在JMM中的含义** - 可见性涉及多线程环境:当一个线程写入变量时,另一个线程是否能读取到最新值。 - JMM通过**happens-before规则**保证可见性: - 例如,`volatile`关键字确保写操作后读操作能看到变化。 - 普通变量(非final、非volatile)可能因CPU缓存导致线程间数据不一致(即“可见性问题”)[^1]。 #### 3. **final关键字如何保证可见性** - final关键字的可见性保障源于JMM的**初始化安全性**(initialization safety)规则: - 当一个对象在构造器中被完全初始化(所有final字段赋值完成),且**this引用未逸出构造器**(即构造器未将`this`暴露给其他线程),那么对象构造完毕后: - 其他线程访问该对象的final字段时,能正确看到初始化值(不会看到默认值或乱值)。 - 这本质上是JMM对final字段的特殊优化:JVM在初始化final字段时插入内存屏障,确保构造器完成后的值对所有线程可见[^2]。 - 示例代码: ```java public class FinalExample { private final int x; // final字段 public FinalExample(int value) { this.x = value; // 构造器中初始化final字段 // 注意:此处不能将this传递给其他线程(如启动新线程或注册监听器) } public int getX() { return x; // 其他线程调用此方法时,保证能看到正确的初始化值 } } ``` - 在这个例子中,如果构造器未泄露`this`,线程A创建`FinalExample`对象后,线程B调用`getX()`一定能获取正确的`x`值[^2]。 - **与volatile的区别**: - `volatile`保证变量的**每次修改**对其他线程立即可见(动态可见性)。 - `final`只保证初始化时的可见性(静态可见性),一旦对象构造完成,final字段的值固定不变,因此无需额外同步[^3]。 #### 4. **final关键字不能保证可见性的场景** - 如果违反初始化条件,final无法保证可见性: - **this逸出构造器**:在构造器中启动线程或注册回调(如`this`被传递给其他线程),可能导致其他线程在初始化完成前访问final字段,看到不一致值。 - 示例:构造器中调用`new Thread(() -> useFinalField(this)).start()`可能导致可见性问题[^2]。 - **非final字段**:final仅作用于修饰的字段,对象内部状态(如final引用对象的属性)不受保护,需额外同步(如`synchronized`或`volatile`)。 - **字段重排序风险**:JMM允许非final字段的初始化与赋值重排序,但final字段禁止此优化,确保初始化顺序对其他线程可见[^1]。 - 总结:final的可见性保障依赖于**正确的对象构造实践**(避免this逸出),而非万能解决方案。 #### 5. **实际应用建议** - **优先用于不可变对象**:final是实现线程安全不可变对象的关键,无需同步机制(如`synchronized`),简化并发设计[^3]。 - **避免误用**:如果需要变量的值在运行时变化且保证可见性,应使用`volatile`或锁机制。 - 性能考虑:final字段的初始化安全性由JVM高效处理,通常无额外开销,比volatile更轻量[^2]。 总之,Javafinal关键字**在对象构造完成后且this未逸出的条件下,能保证字段的可见性**,这是JMM初始化安全性的体现;但它不适用于动态更新的变量。合理使用final可以减少并发错误,但需结合具体场景设计[^1][^2][^3]。 --- ### 关键点对比表 | **特性** | volatile关键字 | final关键字 | |------------------|-------------------------------|--------------------------------| | **主要目的** | 保证变量修改的即时可见性 | 保证变量的不可变性和初始化可见性 | | **可见性保障** | 所有读写操作都立即可见 | 仅初始化完成后对其他线程可见 | | **适用场景** | 变量值频繁变化(如计数器) | 不可变对象(如配置参数、常量) | | **同步需求** | 无需额外同步 | 无需额外同步 | | **性能影响** | 较高(内存屏障开销) | 较低(JVM优化) | | **风险点** | 过度使用可能导致伪共享 | this逸出时可见性失效 |
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