通过反射更改final变量，为什么静态和非静态final变量有区别？

Question

请参考以下代码。 当我运行代码时，我可以更改最终非静态变量的值。但是，如果我尝试更改最终静态变量的值，则会抛出java.lang.IllegalAccessException异常。

我的问题是为什么在非静态最终变量或静态最终变量中都不会抛出异常，或者反过来呢？为什么有这样的区别？

import java.lang.reflect.Field;
import java.util.Random;

public class FinalReflection {

    final static int stmark =  computeRandom();
    final int inmark = computeRandom();

    public static void main(String[] args) throws SecurityException, NoSuchFieldException, IllegalArgumentException, IllegalAccessException {
        FinalReflection obj = new FinalReflection();
        System.out.println(FinalReflection.stmark);
        System.out.println(obj.inmark);
        Field staticFinalField  = FinalReflection.class.getDeclaredField("stmark");
        Field instanceFinalField  = FinalReflection.class.getDeclaredField("inmark");
        staticFinalField.setAccessible(true);
        instanceFinalField.setAccessible(true);

        instanceFinalField.set(obj, 100);
        System.out.println(obj.inmark);

        staticFinalField.set(FinalReflection.class, 101);
        System.out.println(FinalReflection.stmark);

    }

    private static int computeRandom() {
        return new Random().nextInt(5);
    }
}

- veritas

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我已经发布了代码，它不会产生异常。但这肯定是一个hack。 - Narendra Pathai

Answer 1

FinalReflectionobj = new FinalReflection();
System.out.println(FinalReflection.stmark);
System.out.println(obj.inmark);
Field staticFinalField  = FinalReflection.class.getDeclaredField("stmark");
Field instanceFinalField  = FinalReflection.class.getDeclaredField("inmark");
staticFinalField.setAccessible(true);
instanceFinalField.setAccessible(true);

//EXTRA CODE
//Modify the final using reflection
Field modifiersField = Field.class.getDeclaredField("modifiers");
modifiersField.setAccessible(true);
modifiersField.setInt(staticFinalField, staticFinalField.getModifiers() & ~Modifier.FINAL);


instanceFinalField.set(obj, 100);
System.out.println(obj.inmark);
staticFinalField.set(FinalReflection.class, 101);
System.out.println(FinalReflection.stmark);

这种解决方案并非没有缺陷，它可能不适用于所有情况：

如果一个final字段在字段声明中被初始化为编译时常量，则对该final字段所做的更改可能不可见，因为该final字段的使用在编译时被替换为编译时常量。

另一个问题是规范允许对final字段进行激进优化。在一个线程内，可以重新排序读取final字段和那些在构造函数中未发生的final字段的修改。 更多相关信息也在类似问题的解答中说明了。

- Narendra Pathai

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@assylias，如果没有安全管理器，这将允许您更改静态final字段。 - Narendra Pathai

请注意，这无法与使用常量表达式初始化的静态final基元配合使用。 - assylias

@assylias 是的，这并不总是有效，但在这种情况下会有效。感谢您指出这一点。我也会添加其他情况。 - Narendra Pathai

Answer 2

javadoc 很明确：

如果底层字段是 final 的，除非 setAccessible(true) 对该 Field 对象成功操作 且该字段不是静态的，否则该方法将抛出 IllegalAccessException 异常。

从 JLS 的角度来看，关于反射应该如何工作的确切行为没有被指定，但在JLS 17.5.4中：

通常情况下，final 和 static 的字段不可修改。

一个变通的方法是通过反射去掉 final 修饰符。

- assylias

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非常好的回答，但我认为问题更应该是：Java 设计者为什么要做出这个决定？ - morgano

如果是这种情况，@morgano，那么SO可能不是最好的提问地点！这肯定会引起各种问题。例如，原始常量在编译时被内联，因此除非更改底层字节码，否则无法在运行时更改它们。 - assylias

@assylias 感谢您提供的优质信息。但是我的问题确实有点偏向于morgano所说的。但是我完全同意SO可能不是问这个问题的最佳场所。我会注意的下次。无论如何，原始类型变量内联适用于静态和非静态final变量。尝试运行修改后的代码将computeRandom()的值替换为5。 - veritas

Answer 3

最后，当初始化时可以在运行时分配不同的值。

Class Test{    
public final int a;
}

Test t1  = new Test();
t1.a = 10;
Test t2  = new Test();
t1.a = 20;

因此，每个实例都具有不同的字段a值。

对于静态final，所有实例共享相同的值，并且在第一次初始化后无法更改。

Class TestStatic{
   public static final int a;
}

Test t1  = new Test();
t1.a = 10;
Test t2  = new Test();
t1.a = 20;   // ERROR, CAN'T BE ALTERED AFTER THE FIRST INITIALIZATION.

- Johnny Broberg

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但是他只使用了类的一个单一实例。非静态的 final 变量在第一次赋值后就不可更改。因此，这个解释是错误的。 - Uwe Plonus