面试题：谈谈 final、finally、finalize 有什么不同？

洛小豆2025-04-14 22:50

在 Java 开发面试中，final、finally 和 finalize 的区别是一个经典问题。这个问题不仅考察你对 Java 基础语法的掌握，还考察你对资源管理、垃圾回收机制的理解。下面我们将从三个方面来分析这个问题：考察知识点、答案解析、形象场景以及知识拓展。

考察知识点

这个问题主要涉及以下知识点：

  1. final 关键字：用于修饰类、方法、变量，分别表示不可继承、不可重写、不可修改。
  2. finally 块 ：用于确保代码在 try-catch 块中无论是否发生异常都会被执行，常用于资源释放。
  3. finalize 方法 ：是 Object 类的一个方法，用于在对象被垃圾回收前执行清理操作。但由于其性能问题和不确定性，已被标记为 @Deprecated。

答案解析

final：

  • 修饰类：表示该类不可被继承，例如 String 类就是 final 类。
  • 修饰方法：表示该方法不可被子类重写。
  • 修饰变量：表示该变量一旦赋值后不可修改（如果是基本类型，值不可变；如果是引用类型，引用不可变，但对象内容可以修改）。

finally：

  • 用于 try-catch 块中，无论是否发生异常，finally 块中的代码都会被执行。
  • 常用于释放资源，例如关闭文件、数据库连接等。

finalize：

  • 是 Object 类的一个方法，用于在对象被垃圾回收前执行清理操作。
  • 由于 finalize 的执行时机不确定且性能较差，Java 9 开始已将其标记为 @Deprecated。

示例代码

final 示例

java 复制代码 
/**
 * final 关键字示例
 */
public class FinalExample {
    final int value = 10; // final 变量，不可修改

    final void display() { // final 方法，不可重写
        System.out.println("Value: " + value);
    }

    public static void main(String[] args) {
        FinalExample example = new FinalExample();
        example.display();
        // example.value = 20; // 编译错误，final 变量不可修改
    }
}

// final 类，不可继承
final class FinalClass {
    void show() {
        System.out.println("This is a final class.");
    }
}

// class SubClass extends FinalClass { // 编译错误，final 类不可继承
// }

finally 示例

java 复制代码 
/**
 * finally 块示例
 */
public class FinallyExample {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            int result = 10 / 0; // 抛出 ArithmeticException
        } catch (ArithmeticException e) {
            System.out.println("捕获到异常: " + e.getMessage());
        } finally {
            System.out.println("finally 块被执行，用于释放资源");
        }
    }
}

finalize 示例

java 复制代码 
/**
 * finalize 方法示例
 */
public class FinalizeExample {
    @Override
    protected void finalize() throws Throwable {
        try {
            System.out.println("finalize 方法被调用，执行清理操作");
        } finally {
            super.finalize();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        FinalizeExample example = new FinalizeExample();
        example = null; // 使对象成为垃圾
        System.gc(); // 建议 JVM 执行垃圾回收
    }
}

形象助记

想象一下，你是一个餐厅的厨师：

  1. final ：你有一把祖传的菜刀（final 变量），这把刀不能换，但你可以用它切不同的菜（对象内容可以修改）。
  2. finally ：无论今天的菜做得好不好（是否发生异常），你都要在下班前打扫厨房（finally 块），确保厨房干净。
  3. finalize ：你有一本食谱（finalize 方法），在你退休前（对象被垃圾回收前），你会把食谱整理好。但问题是，你并不知道自己什么时候退休（finalize 的执行时机不确定），所以这本食谱可能永远也用不上。

知识拓展

1、finally 一定执行吗？

final 修饰的变量如果是引用类型，虽然引用不可变，但对象的内容是可以修改的。例如：

java 复制代码 
try {
    // do something
    System.exit(1);
} finally{
    System.out.println("Print from finally");
}

这段代码不会执行 finally 块中的 System.out.println("Print from finally"); 语句，因此不会输出任何内容。

原因如下：

  • System.exit(1) 会立即终止 Java 虚拟机（JVM），程序直接退出，状态码为 1（通常表示异常退出）。
  • finally 块通常在任何情况下（包括 try 块中的 return 或异常）都会执行，但 System.exit(1) 会强制终止 JVM，导致 finally 块无法执行。

2、finalize 存在什么问题？怎么解决呢？

在 Java 中，finalize 方法用于在对象被垃圾回收之前执行清理操作，但它存在以下问题：

  • 不确定性 ：无法保证 finalize 何时执行，甚至可能根本不执行。
  • 性能开销 ：使用 finalize 会增加垃圾回收的负担。
  • 复杂性：容易引发资源泄漏或异常。

因此，Java 9 开始废弃了 finalize 方法，并推荐使用以下替代机制：

2.1、java.lang.ref.Cleaner 和 java.lang.ref.PhantomReference

  • Cleaner 是一个更安全、更可控的机制，用于在对象不再可达时执行清理操作。
  • PhantomReference 可以与引用队列（ReferenceQueue）结合使用，实现类似的功能。
java 复制代码 
import java.lang.ref.Cleaner;

public class ResourceCleanerExample {
   private static final Cleaner cleaner = Cleaner.create();

   private static class Resource implements Runnable {
       @Override
       public void run() {
           // 清理操作
           System.out.println("Cleaning up resources");
       }
   }

   private final Cleaner.Cleanable cleanable;
   private final Resource resource;

   public ResourceCleanerExample() {
       this.resource = new Resource();
       this.cleanable = cleaner.register(this, resource);
   }
}

当 ResourceCleanerExample 对象不再被引用时，Cleaner 会自动调用 Resource 的 run 方法执行清理。

2.2、try-with-resources

对于需要显式释放的资源（如文件、网络连接等），可以使用 try-with-resources 语句，确保资源在使用完毕后自动关闭。

java 复制代码 
try (BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader("file.txt"))) {
   String line;
   while ((line = br.readLine()) != null) {
       System.out.println(line);
   }
} catch (IOException e) {
   e.printStackTrace();
}

这种方式适用于实现了 AutoCloseable 接口的资源。

2.3、显式清理方法

提供一个显式的清理方法（如 close() 或 dispose()），由调用者在不再需要对象时手动调用。

java 复制代码 
public class ResourceHolder {
   private boolean closed = false;

   public void close() {
       if (!closed) {
           // 执行清理操作
           System.out.println("Resource closed");
           closed = true;
       }
   }

   @Override
   protected void finalize() throws Throwable {
       try {
           if (!closed) {
               System.out.println("Resource not closed properly!");
           }
       } finally {
           super.finalize();
       }
   }
}

调用者需要显式调用 close() 方法：

java 复制代码 
ResourceHolder holder = new ResourceHolder();
// 使用资源
holder.close();

2.4、java.lang.ref.WeakReference 和引用队列

对于需要监控对象生命周期的场景，可以使用 WeakReference 和 ReferenceQueue。

java 复制代码 
import java.lang.ref.WeakReference;
import java.lang.ref.ReferenceQueue;

public class WeakReferenceExample {
   public static void main(String[] args) {
       Object obj = new Object();
       ReferenceQueue<Object> queue = new ReferenceQueue<>();
       WeakReference<Object> weakRef = new WeakReference<>(obj, queue);

       obj = null; // 使对象只有弱引用

       System.gc(); // 触发垃圾回收

       if (weakRef.get() == null) {
           System.out.println("Object has been garbage collected");
       }
   }
}

3、JDK 自身使用的 Cleaner 机制仍然是有缺陷的，还有什么更好的建议吗？

Cleaner 的缺陷

  • 性能开销 ：Cleaner 仍然依赖于垃圾回收器（GC）来触发清理操作，因此会引入额外的性能开销。在高性能场景中，这种开销可能会成为瓶颈。

  • 不确定性 ：虽然 Cleaner 比 finalize 更可控，但它仍然依赖于垃圾回收器的行为，清理操作的执行时间仍然是不确定的。

  • 线程管理 ：Cleaner 使用一个单独的线程来执行清理操作。如果清理任务过多或某些任务执行时间过长，可能会导致线程阻塞，影响其他清理任务的执行。

  • 资源泄漏风险 ：如果 Cleaner 的清理任务本身抛出未捕获的异常，可能会导致清理任务中断，从而引发资源泄漏。

  • 复杂性 ：使用 Cleaner 需要额外的代码和设计，尤其是在管理多个资源时，可能会增加代码的复杂性。

改进建议

  • 对于大多数场景，显式资源管理 （如 try-with-resources）是最佳选择。
  • 如果需要更复杂的生命周期监控，可以结合 引用队列 或 自定义清理机制。
  • 避免过度依赖 Cleaner，尤其是在高性能场景中。

1、显式资源管理

对于需要清理的资源，优先使用显式管理方式（如 try-with-resources 或手动调用 close() 方法）。这种方式完全避免了垃圾回收的不确定性，并且性能更高。

java 复制代码 
public class Resource implements AutoCloseable {
   @Override
   public void close() {
       // 显式清理资源
       System.out.println("Resource closed");
   }
}

try (Resource resource = new Resource()) {
   // 使用资源
} // 自动调用 close()

2、基于引用队列的监控

使用 PhantomReference 或 WeakReference 结合 ReferenceQueue 来监控对象的生命周期。这种方式比 Cleaner 更灵活，并且可以避免 Cleaner 的线程管理问题。

java 复制代码 
import java.lang.ref.PhantomReference;
import java.lang.ref.ReferenceQueue;

public class PhantomReferenceExample {
   public static void main(String[] args) {
       Object obj = new Object();
       ReferenceQueue<Object> queue = new ReferenceQueue<>();
       PhantomReference<Object> phantomRef = new PhantomReference<>(obj, queue);

       obj = null; // 使对象只有虚引用

       System.gc(); // 触发垃圾回收

       if (phantomRef.get() == null) {
           System.out.println("Object has been garbage collected");
           // 执行清理操作
       }
   }
}

3、自定义清理机制 对于复杂的资源管理需求，可以设计一个自定义的清理机制，结合显式管理和引用队列。例如，使用一个全局的清理线程池来处理清理任务，避免 Cleaner 的单线程瓶颈。

java 复制代码 
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class CustomCleaner {
   private static final ExecutorService cleanupExecutor = Executors.newCachedThreadPool();

   public static void register(Object obj, Runnable cleanupTask) {
       cleanupExecutor.submit(() -> {
           // 监控对象状态（例如通过 WeakReference）
           // 当对象被回收时，执行清理任务
           cleanupTask.run();
       });
   }
}
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