Java中的“final” System.out，System.in和System.err是什么？

Question

System.out 被声明为 public static final PrintStream out。

但是你可以调用System.setOut() 来重新分配它。

如果它是 final，这怎么可能呢？

(同样适用于 System.in 和 System.err)

更重要的是，如果你可以改变公共静态 final 字段，那么在关于 final 给你的保证方面会有什么含义呢？ (我从没意识到 System.in/out/err 表现得像是 final 变量)

- Jason S

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JVM本身并不会为final字段提供太多的好处，但它们会被验证器严格检查。虽然存在一些修改final字段的方法，但不能通过标准的Java代码来执行（因为这是验证器的主题）。它可以通过Unsafe进行操作，并通过Field.set（需要accessible true）在Java中公开，编译成上述的Unsafe内容。 JNI也可以实现此操作，因此JVM不太热衷于尝试优化... {也许我应该将注释结构化为答案，但是算了} - bestsss

Answer 1

JLS 17.5.4 写保护字段：

通常，final static字段不能被修改。但是，由于历史原因，System.in、System.out和System.err是final static字段，必须允许通过System.setIn、System.setOut和System.setErr方法进行更改。我们将这些字段称为“写保护”，以区别于普通的final字段。

编译器需要将这些字段与其他final字段区别对待。例如，读取普通final字段对同步是“免疫”的：锁定或volatile读取涉及的障碍不必影响从final字段读取的值。由于可能看到写保护字段的值发生变化，同步事件应对它们产生影响。因此，语义规定这些字段被视为无法被用户代码更改的普通字段，除非该用户代码在System类中。

顺便说一下，实际上你可以通过反射调用setAccessible(true)（或使用Unsafe方法）来改变final字段。这些技术在反序列化、Hibernate和其他框架等过程中使用，但它们有一个限制：在修改前看到final字段的值的代码不一定会在修改后看到新的值。这些特定字段的特殊之处在于它们被编译器以特殊方式处理，没有这个限制。

- axtavt

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愿飞天面条怪物保佑遗留代码，因为它妥协了未来设计，让它变得更加可爱！ - Sled

这种技术在反序列化期间使用。但现在已经不是了，反序列化使用Unsafe（更快）。 - bestsss

重要的是要明白setAccessible(true)只适用于非静态字段，这使得它适用于帮助反序列化或克隆代码的任务，但是没有办法更改静态常量。这就是为什么引用文本以“通常情况下，不能修改final static字段”开头，指的是这些字段的final static特性和三个例外情况。实例字段的情况在另一个地方进行了讨论。 - Holger

@MarkVY 我认为当前的要求是将其保持为 final 并向新用户指示应该将其视为不可修改。只有“允许它们被修改”的部分是遗留的 - set 方法是遗留的。 - Teddy

遗留代码？它们提供了重要的功能。我认为这些字段上的 "final" 可以说是遗留的，虽然这样安全管理器至少可以拦截调用。也许它们应该是私有的，我们应该编写 System.out().println。 - Mark VY

Answer 2

Java使用本地方法来实现setIn()，setOut()和setErr()。

在我的JDK1.6.0_20上，setOut()看起来像这样：

public static void setOut(PrintStream out) {
    checkIO();
    setOut0(out);
}

...

private static native void setOut0(PrintStream out);

你仍然不能“正常”重新分配final变量，即使在这种情况下，你也不能直接重新分配该字段（即你仍然无法编译“System.out = myOut”）。本地方法允许一些在常规Java中无法实现的操作，这解释了为什么有关本地方法的限制，例如要求小程序签名才能使用本地库。

- Adam Batkin

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好的，这是对纯Java语义的一个后门...你能回答我添加的问题部分吗？也就是说，如果您可以重新分配流，那么final在这里实际上是否有任何意义？ - Jason S

这可能是最终的，因此不能像System.out = new SomeOtherImp()那样做某些事情。但是您仍然可以使用本机方法使用上面所示的设置器。 - Amir Raminfar

我猜在这种情况下，对本地setIn0和setOut0方法的调用将真正修改最终变量的值，本地方法可能可以做到这一点...这就像在游戏中使用作弊码:S - Danilo Tommasina

@Danilo，是的，它确实进行了修改 :) - bestsss

@Jason，无法直接设置它需要在调用setIn/setErr时进行安全检查，这是公平合理的。Java修改final字段的示例：java.util.Random（字段seed）。 - bestsss

Answer 3

为了进一步解释Adam所说的内容，这里是实现代码：

public static void setOut(PrintStream out) {
    checkIO();
    setOut0(out);
}

setOut0被定义为：

private static native void setOut0(PrintStream out);

- Amir Raminfar

Answer 4

这取决于具体实现。最终的输出流可能永远不会改变，但它可以是实际输出流的代理/适配器/装饰器。例如，setOut可以设置一个成员变量，out成员实际上写入该变量。然而，在实践中，它通常是以本地方式设置。

- vickirk

Answer 5

System类中声明为final的out是一个类级别变量。 而下面方法中的out是一个局部变量。 我们没有将类级别的out（实际上是final的）传递到这个方法中。

public static void setOut(PrintStream out) {
  checkIO();
  setOut0(out);
    }

以上方法的使用如下：

System.setOut(new PrintStream(new FileOutputStream("somefile.txt")));

现在数据将被重定向到文件中。希望这个解释有意义。

因此，在更改final关键字的用途方面，原生方法或反射没有作用。

- Krish Krishna

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setOut0正在修改类变量，该变量是final的。 - fgb

根据答案中所述，@fgb在setOut0中不是一个类变量，而是setOut的输入参数，并且属于局部作用域。 - sankar

@fgb 正如答案所述，setOut0 中的 out 不是类变量，而是 setOut 的输入参数，因此属于局部范围。 - sankar

收到了，@fgb。System.setOut(PrintStream out)被从其他几个地方调用，传递的是System.out。 - sankar

Answer 6

关于如何实现，我们可以查看源代码中的 java/lang/System.c 文件：

/*
 * The following three functions implement setter methods for
 * java.lang.System.{in, out, err}. They are natively implemented
 * because they violate the semantics of the language (i.e. set final
 * variable).
 */
JNIEXPORT void JNICALL
Java_java_lang_System_setOut0(JNIEnv *env, jclass cla, jobject stream)
{
    jfieldID fid =
        (*env)->GetStaticFieldID(env,cla,"out","Ljava/io/PrintStream;");
    if (fid == 0)
        return;
    (*env)->SetStaticObjectField(env,cla,fid,stream);
}

...

换句话说，JNI可以“作弊”。 ; )

- Radiodef

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不确定为什么这个答案没有得到足够的投票。谢谢。 - sankar

Answer 7

我认为setout0正在修改局部变量out，它无法修改类级别的变量out。

- 坂田鈴木