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面试题：final、finally、finalize的区别

面试考察点

考察目的： 了解求职者对Java基础的了解。

考察范围： 工作1-3年的Java程序员。

背景知识

final/finally在工作中几乎无时无刻不再使用，因此即便是没有系统化的梳理这个问题，也能回答出一些内容。

但是finalize就接触得非常少，接下来我们对这几个关键字逐一进行分析。

final关键字

final关键字代表着不可变性。

在面试题系列：工作5年，第一次这么清醒的理解final关键字？.这篇文章中， 我详细的进行了分析，建议大家去看这篇文章，这里就不重复分析了。

finally关键字

finally关键字用在try语句块后面，它的常用形式是

try{
  
}catch(){
  
}finally{
  
}

以及下面这种形式。

try{
  
}finally{
  
}

finally语句块中的代码，无论try或者catch代码块中是否有异常，finally语句块中的代码一定会被执行，所以它一般用于清理工作、关闭链接等类型的语句。

它的特点：

1. finally语句一定会伴随try语句出现。
2. try语句不能单独使用，必须配合catch语句或finally语句。
3. try语句可以单独与catch语句一起使用，也可以单独与finally语句一起使用，也可以三者一起使用。

finally 实战思考

为了加深大家对于finally关键字的理解，我们来看下面这段代码。

思考一下，下面这段代码，打印的结果分别是多少？

public class FinallyExample {
    
    public static void main(String arg[]){
        System.out.println(getNumber(0));
        System.out.println(getNumber(1));
        System.out.println(getNumber(2));
        System.out.println(getNumber(4));
    }
    public static int getNumber(int num){
        try{
            int result=2/num;
            return result;
        }catch(Exception exception){
            return 0;
        }finally{
            if(num==0){
                return -1;
            }
            if(num==1){
                return 1;
            }
        }
    }
}

正确答案分别是：

1. -1： 传入num=0，此时会报错java.lang.ArithmeticException: / by zero。因此进入到catch捕获该异常。由于finally语句块一定会被执行，因此进入到finally语句块，返回-1。
2. 1：传入num=1，此时程序运行正常，由于finally语句块一定会被执行，因此进入到finally代码块，得到结果1。
3. 1：传入num=2，此时程序运行正常，result=1，由于finally语句块一定会被执行，因此进入到finally代码块，但是finally语句块并没有触发对结果的修改，所以返回结果为1。
4. 0：传入num=4，此时程序运行正常，result=0(因为2/4=0.5，转换为int后得到0)，由于finally语句块一定会被执行，因此进入到finally代码块，但是finally语句块并没有触发对结果的修改，所以返回结果为0。

什么情况下finally不会执行

finally代码块，是否有存在不会被执行的情况呢？

System.exit()

来看下面这段代码：

public class FinallyExample {

    public static void main(String arg[]){
        System.out.println(getNumber(0));
    }
    public static int getNumber(int num){
        try{
            int result=2/num;
            return result;
        }catch(Exception exception){
            System.out.println("触发异常执行");
            System.exit(0);
            return 0;
        }finally{
            System.out.println("执行finally语句块");
        }
    }
}

在catch语句块中，增加了System.exit(0)代码，执行结果如下

触发异常执行

可以发现，在这种情况下，并没有执行finally语句块。

扩展知识，为什么System.exit(0)会破坏finally呢？

来看一下源码以及注释。

/**
     * Terminates the currently running Java Virtual Machine. The
     * argument serves as a status code; by convention, a nonzero status
     * code indicates abnormal termination.
     * <p>
     * This method calls the <code>exit</code> method in class
     * <code>Runtime</code>. This method never returns normally.
     * <p>
     * The call <code>System.exit(n)</code> is effectively equivalent to
     * the call:
     * <blockquote><pre>
     * Runtime.getRuntime().exit(n)
     * </pre></blockquote>
     *
     * @param      status   exit status.
     * @throws  SecurityException
     *        if a security manager exists and its <code>checkExit</code>
     *        method doesn't allow exit with the specified status.
     * @see        java.lang.Runtime#exit(int)
     */
public static void exit(int status) {
  Runtime.getRuntime().exit(status);
}

该方法用来结束当前正在运行的Java JVM。如果 status 是非零参数，那么表示是非正常退出。

1. System.exit(0) ： 将整个虚拟机里的内容都关掉，内存都释放掉！正常退出程序。

2. System.exit(1) ： 非正常退出程序

3. System.exit(-1) ：非正常退出程序

由于当前JVM已经结束了，因此程序代码自然不能继续执行。

守护线程被中断

先来看下面这段代码：

public class FinallyExample {

    public static void main(String[] args) {
        Thread t = new Thread(new Task());
        t.setDaemon(true); //置为守护线程
        t.start();
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (InterruptedException e) {
            throw new RuntimeException("the "+Thread.currentThread().getName()+" has been interrupted",e);
        }
    }
}
class Task implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("执行 run()方法");
        try {
            System.out.println("执行 try 语句块");
            TimeUnit.SECONDS.sleep(5); //阻塞5s
        } catch(InterruptedException e) {
            System.out.println("执行 catch 语句块");
            throw new RuntimeException("the "+Thread.currentThread().getName()+" has been interrupted",e);
        } finally {
            System.out.println("执行 finally 语句块");
        }
    }
}

运行结果如下:

执行 run()方法
执行 try 语句块

从结果发现，finally语句块中的代码并没有被执行？为什么呢？

守护线程的特性是：只要JVM中没有任何非守护线程在运行，那么虚拟机会kill掉所有守护线程从而终止程序。换句话说，就是守护线程是否正在运行，都不影响JVM的终止。

在虚拟机中，垃圾回收线程以及main线程都是守护线程。

在上述运行的程序中，执行逻辑描述如下：

1. 线程t是守护线程，它开启一个任务Task执行，该线程t在main方法中执行，并且在睡眠1s之后，main方法执行结束
2. Task是一个守护线程的执行任务，该任务睡眠5s。

基于守护线程的特性，main和task都是守护线程，因此当main线程执行结束后，并不会因为Task这个线程还未执行结束而阻塞。而是在等待1s后，结束该进程。

这就使得Task这个线程的代码还未执行完成，但是JVM进程已结束，所以finally语句块没有被执行。

finally执行顺序

基于上述内容的理解，是不是自认为对finally关键字掌握很好了？那我们在来看看下面这个问题。

这段代码的执行结果是多少呢？

public class FinallyExample2 {

  public int add() {
    int x = 1;
    try {
      return ++x;
    } catch (Exception e) {
      System.out.println("执行catch语句块");
      ++x;
    } finally {
      System.out.println("执行finally语句块");
      ++x;
    }
    return x;
  }
  public static void main(String[] args) {
    FinallyExample2 t = new FinallyExample2();
    int y = t.add();
    System.out.println(y);
  }
}

上述程序运行的结果是：2

这个结果应该有点意外，因为按照finally的语义，首先执行try代码块，++x后得到的结果应该是2， 接着再执行finally语句块，应该是在2的基础上再+1，得到结果是3，那为什么是2？

在解答这个问题之前，先来看一下这段代码的字节码,使用javap -v FinallyExample2.

 public int add();
    descriptor: ()I
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=2, locals=4, args_size=1
         0: iconst_1     //iconst 指令将常量压入栈中。
         1: istore_1     //
         2: iinc          1, 1  //执行++x操作
         5: iload_1       
         6: istore_2
         7: getstatic     #2                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
        10: ldc           #3                  // String 执行finally语句块
        12: invokevirtual #4                  // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
        15: iinc          1, 1
        18: iload_2
        19: ireturn
        20: astore_2
        21: getstatic     #2                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
        24: ldc           #6                  // String 执行catch语句块
        26: invokevirtual #4                  // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
        29: iinc          1, 1
        32: getstatic     #2                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
        35: ldc           #3                  // String 执行finally语句块
        37: invokevirtual #4                  // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
        40: iinc          1, 1
        43: goto          60
        46: astore_3
        47: getstatic     #2                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
        50: ldc           #3                  // String 执行finally语句块
        52: invokevirtual #4                  // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
        55: iinc          1, 1
        58: aload_3
        59: athrow
        60: iload_1
        61: ireturn
      Exception table:
         from    to  target type
             2     7    20   Class java/lang/Exception
             2     7    46   any
            20    32    46   any

简单说明一下和本次案例分析有关的字节指令

• iconst，把常量压入到栈中。
• istore，栈顶的int数值存入局部变量表。
• iload，把int类型的变量压入到栈顶。
• iinc，对局部变量表中index为i的元素加上n。
• ireturn，返回一个int类型的值。
• astore，将一个数值从操作数栈存储到局部变量表。
• athrow，抛出一个异常。
• aload，将一个局部变量加载到操作栈。

了解了这些指令之后，再来分析上述字节码的内容。

先来看第一步分，这部分是try代码块中的指令。

0: iconst_1     //iconst 指令将常量压入栈中。
1: istore_1     //
2: iinc          1, 1  //执行++x操作
5: iload_1       
6: istore_2

上述指令的执行流程，图解如下。

image-20211104164804716

接下来继续往下看字节码，这个是在finally里面执行的指令。

15: iinc          1, 1
18: iload_2
19: ireturn
20: astore_2

image-20211104173815447

从上述指令的图解过程中可以看到，在finally语句块中虽然对x的值做了累加，但是最终返回的时候，仍然是2.

后续剩余的指令，是异常表对应的执行指令，异常表的解读方式是:

• 从2行到第7行，如果触发了Exception，则会跳转到20行的指令开始执行。

• 从2行到第7行，如果触发了任何异常，则会跳转到46行开始执行。

• 从20行到第32行，如果触发了任何异常，则会跳转到46行开始执行。

Exception table:
  from    to  target type
    2     7    20   Class java/lang/Exception
    2     7    46   any
    20    32    46   any

结论：从上述字节指令的执行过程中可以发现，当try中带有return时，会先执行return前的代码，然后暂时保存需要return的信息，再执行finally中的代码，最后再通过return返回之前保存的信息。所以这里运行的结果是2，而不是3。

除此之外，还有其他的变体，比如:

public class FinallyExample2 {

    public int add() {
        int x = 1;
        try {
            return ++x;
        } catch (Exception e) {
            System.out.println("执行catch语句块");
            ++x;
        } finally {
            System.out.println("执行finally语句块");
            ++x;
            return x;
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        FinallyExample2 t = new FinallyExample2();
        int y = t.add();
        System.out.println(y);
    }
}

那，这段代码运行结果是多少呢？

打印结果如下：

执行finally语句块
3

结论：当finally中有return的时候，try中的return会失效，在执行完finally的return之后，就不会再执行try中的return。不过不推荐在finally中写return，这会破坏程序的完整性，而且一旦finally里出现异常，会导致catch中的异常被覆盖。

关于这个部分说解释的内容，在JVM的中有Exceptions and finally解释。

If the try clause executes a return, the compiled code does the following:

1. Saves the return value (if any) in a local variable.
2. Executes a jsr to the code for the finally clause.
3. Upon return from the finally clause, returns the value saved in the local variable.

简单翻译如下：

如果 try 语句里有 return，那么代码的行为如下：

1. 如果有返回值，就把返回值保存到局部变量中
2. 执行 jsr 指令跳到 finally 语句里执行
3. 执行完 finally 语句后，返回之前保存在局部变量表里的值

finalize方法

finalize 方法定义在 Object 类中，其方法定义如下：

protected void finalize() throws Throwable {
}

当一个类在被回收期间，这个方法就可能会被调用到。

它有使用规则是：

1. 当对象不再被任何对象引用时，GC会调用该对象的finalize()方法
2. finalize()是Object的方法，子类可以覆盖这个方法来做一些系统资源的释放或者数据的清理
3. 可以在finalize()让这个对象再次被引用，避免被GC回收；但是最常用的目的还是做cleanup
4. Java不保证这个finalize()一定被执行；但是保证调用finalize的线程没有持有任何user-visible同步锁。
5. 在finalize里面抛出的异常会被忽略，同时方法终止。
6. 当finalize被调用之后，JVM会再一次检测这个对象是否能被存活的线程访问得到，如果不是，则清除该对象。也就是finalize只能被调用一次；也就是说，覆盖了finalize方法的对象需要经过两个GC周期才能被清除。

问题回答

面试题：final、finally、finalize的区别

回答：

1. final用来修饰类、方法、属性，被final修饰的类，表示该类无法被继承，被final修饰的属性，表示该属性无法被修改，被final修饰的方法，表示该方法无法被重写

2. finally，它和try语句块组成一个完整的语法，表示一定会被执行的代码块，当然也有方式可以破坏它的执行特性

   1. 通过System.exit
   2. 守护线程的终止

3. finalize方法，是一个类被回收期间可能会被调用的方法。

问题总结

一道面试题，要深挖下来，可以产生很多变体。

这篇文章不一定非常全面的涵盖了所有可能的情况，但是各位读者一定要注意，只有体系化的知识，才能创造价值