深刻理解Java中final的作用(一):从final的作用剖析String被设计成不可变类的深层原因

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Java中final的作用主要表如今三方面：修饰变量、修饰方法和修饰类。以下就从这两个方面来解说final的作用。在文末从final及类的设计安全性出发，论述了Java中String为何要被设计成不可变类。

1.final修饰变量

final修饰变量时与C++中的const作用类似，即假设是基本类型变量，则表示其值不能改变；假设是引用类型变量，则表示其一旦初始化，就不能再指向别的对象，可是注意它指向的对象本身的值能够改变(事实上这一点也跟C++中的常指针非常像）。看以下一个样例即知。

import java.util.*;

class Apple
{
  private float weight;
  public Apple(float weight)
  {
    setWeight(weight);
  }
  public void setWeight(float weight)
  {
    this.weight=weight;
  }
  public void print()
  {
    System.out.println("Weight is "+String.valueOf(weight));
  }
  public void printHashCode()
  {
    System.out.println("HashCode:"+String.valueOf(hashCode()));
  }
}

public class FinalSample
{
  public static void main(String[]args)
  {
    final int a=10;
    //对于final修饰的基本类型变量，一旦初始化后就不能再被改动
    //a=20;
    final Apple apple=new Apple(300f);
    apple.print();
    apple.printHashCode();
    //对于final修饰的引用类型变量，仅仅是其指向不能变，可是其指向的对象本身能够改变。
    apple.setWeight(350f);
    apple.print();
    apple.printHashCode();
  }
}

输出结果例如以下图所看到的：

显然，final修饰的基本类型变量a是不能被改变；由输出的哈希码不变可知apple始终指向同一个对象，可是它指向的这个对象的成员weight却发生了改变。

也正是因为final对于引用类型变量“仅仅能保证指向不变，却不能保证指向的对象本身不变”，所以在构造类时要特别小心，否则非常easy被黑客利用。看以下一个样例即知。

import java.util.*;

class AppleTag
{
  private float weight;
  private float size;
  public AppleTag(float weight,float size)
  {
    setWeight(weight);
    setSize(size);
  }
  public void setWeight(float weight)
  {
    this.weight=weight;
  }
  public float getWeight()
  {
    return weight;
   }
  public void setSize(float size)
  {
    this.size=size;
  }
  public float getSize()
  {
    return size;
  }
}
public class Apple
{
  private final AppleTag appleTag;
  public Apple(AppleTag appleTag)
  {
    this.appleTag=appleTag;
  }
  public AppleTag getAppleTag()
  {
    return appleTag;
  }
  public void print()
  {
    System.out.println("Weight:"+String.valueOf(appleTag.getWeight())+
                            " Size:"+String.valueOf(appleTag.getSize()));
  }

  public static void main(String[]args)
  {
    AppleTag appleTag=new AppleTag(300f,10.3f);
    Apple apple=new Apple(appleTag);
    apple.print();

    appleTag.setWeight(13000f);
    apple.print();

    AppleTag tag=apple.getAppleTag();
    tag.setSize(100.3f);
    apple.print();
  }

}

输出结果例如以下图所看到的：

类的设计者本意是想使appleTag一旦被初始化即不被改动，而且刻意不提供set函数以防止其被篡改。但实际上类的使用者却能够从两个地方改动appleTag从而达到改变apple的目的，当中一个地方是利用构造器中的实參进行改动，还有一个就是利用getAppleTag()函数的返回值对其进行改动。

显然，本例是因为类的设计不当而释放出过大的权限，使类的使用者将apple的重量和大小改动成了极不合理的值，从而得到错误的结果。那要怎样避免这样的错误呢？

非常easy，就是让final变量与外界充分隔离开，如本例中使类的使用者能获取对应的值，可是无法获取appleTag，代码例如以下所看到的：

import java.util.*;

class AppleTag
{
  private float weight;
  private float size;
  public AppleTag(float weight,float size)
  {
    setWeight(weight);
    setSize(size);
  }
  public void setWeight(float weight)
  {
    this.weight=weight;
  }
  public float getWeight()
  {
    return weight;
   }
  public void setSize(float size)
  {
    this.size=size;
  }
  public float getSize()
  {
    return size;
  }
}
public class Apple
{
  private final AppleTag appleTag;
  public Apple(AppleTag appleTag)
  {
    this.appleTag=new AppleTag(appleTag.getWeight(),appleTag.getSize());
  }
  public AppleTag getAppleTag()
  {
    return new AppleTag(appleTag.getWeight(),appleTag.getSize());
  }
  public void print()
  {
    System.out.println("Weight:"+String.valueOf(appleTag.getWeight())+
                            " Size:"+String.valueOf(appleTag.getSize()));
  }

  public static void main(String[]args)
  {
    AppleTag appleTag=new AppleTag(300f,10.3f);
    Apple apple=new Apple(appleTag);
    apple.print();

    appleTag.setWeight(13000f);
    apple.print();

    AppleTag tag=apple.getAppleTag();
    tag.setSize(100.3f);
    apple.print();
  }

}<span style="color:#ff0000;">

</span>

程序输出结果例如以下：

显然，虽然此处类的使用者仍然尝试越权去改动appleTag，却没有获得成功，原因就在于：在接收时，在类的内部新建了一个对象并让appleTag指向它；在输出时，使用者获取的是新建的对象，保证了使用者即能够获得对应的值，又无法利用获取的对象来改动appleTag。所以apple始终未被改变，三次输出结果同样。

在我的博客《深刻理解Java中的String、StringBuffer和StringBuilder的差别》一文中已经说过String的对象是不可变的，因而在使用String时即使是直接返回引用也不用操心使用者篡改对象的问题，例如以下例：

import java.util.*;
class Apple
{
  final String type;
  public Apple(String type)
  {
    this.type=type;
  }
  public String getType()
  {
    return type;
   }
  public void print()
  {
    System.out.println("Type is "+type);
   }
}

public class AppleTest
{
  public static void main(String[]args)
  {
    String appleType=new String("Red Apple");
    Apple apple=new Apple(appleType);
    apple.print();

    appleType="Green Apple";
    apple.print();

    String type=apple.getType();
    type="Yellow Apple";
    apple.print();
  }
}
    

输出结果例如以下所看到的：

显然，与前两个样例类似，类的使用者也尝试用相似的方法去改动type从而达到改动apple的目的，可是输出结果表明这样的尝试没有成功。原因就在于String的对象不可变，在外面的改动实际上是让appleType及type分别指向了不同的对象，而用于初始化的String对象始终没有改变，当然apple中的type也就不改变了。

再回过头来，我们发现以前让我们非常不爽的String(在深刻理解Java中的String、StringBuffer和StringBuilder的差别一文中讲到过，因为String对象不可变从而导致即使传引用也无法使对象的值改变），事实上是经过Java设计者精心设计的，试想一下，假设String对象可变的话，在我们寻常的程序编写中将会带来极大的安全隐患，而假设想杜绝这样的隐患，则每次在使用String时都要经过精密考虑，程序也会变得更复杂，而偏偏String是被大量使用的（实际上无论哪种编程语言，字符串及其处理都占有相当大的比重），显然会给我们日常的程序编写带来极大的不便。

另外一个值得注意的地方就是数组变量名事实上也是一个引用，所以final修饰数组时，数组成员依旧能够被改变。