【java基础】——java中switch 和lf...else if语句的效率问题

怼烎@ 2022-04-04 06:52 176阅读 0赞

### 一、java中对switch的处理 ###

switch是控制选择的一种方式,编译器生成代码时可以对这种结构进行特定的优化,从而产生效率比较高的代码。在java中，编译器根据分支的情况，分别产生tableswitch,lookupswitch两中情况，其中tableswitch适用于分支比较集中的情况，而lookupswitch适用与分支比较稀疏的情况。不过怎么算稀疏，怎么算集中就是编译器的决策问题了，这里不做深入的分析。

简单的找几个例子。

例一：

public class Test {
    
        public static void main(String[] args) {
            int i = 3;
            switch (i) {
                case 0:
                    System.out.println("0");
                    break;
                case 1:
                    System.out.println("1");
                    break;
                case 3:
                    System.out.println("3");
                    break;
                case 5:
                    System.out.println("5");
                    break;
                case 10:
                    System.out.println("10");
                    break;
                case 13:
                    System.out.println("13");
                    break;
                case 14:
                    System.out.println("14");
                    break;
    	    default:
    		System.out.println("default");
                    break;
            }
    
    
        }
    }

反汇编代码可以发现其跳转表的结构：

Code:
       0:	iconst_3
       1:	istore_1
       2:	iload_1
       3:	tableswitch{ //0 to 14
    		0: 76;
    		1: 87;
    		2: 153;
    		3: 98;
    		4: 153;
    		5: 109;
    		6: 153;
    		7: 153;
    		8: 153;
    		9: 153;
    		10: 120;
    		11: 153;
    		12: 153;
    		13: 131;
    		14: 142;
    		default: 153 }
       76:	getstatic	#2; //Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
       79:	ldc	#3; //String 0
       81:	invokevirtual	#4; //Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
       84:	goto	161
       87:	getstatic	#2; //Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
       90:	ldc	#5; //String 1
       92:	invokevirtual	#4; //Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
       95:	goto	161
       98:	getstatic	#2; //Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
       101:	ldc	#6; //String 3
       103:	invokevirtual	#4; //Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
       106:	goto	161
       109:	getstatic	#2; //Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
       112:	ldc	#7; //String 5
       114:	invokevirtual	#4; //Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
       117:	goto	161
       120:	getstatic	#2; //Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
       123:	ldc	#8; //String 10
       125:	invokevirtual	#4; //Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
       128:	goto	161
       131:	getstatic	#2; //Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
       134:	ldc	#9; //String 13
       136:	invokevirtual	#4; //Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
       139:	goto	161
       142:	getstatic	#2; //Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
       145:	ldc	#10; //String 14
       147:	invokevirtual	#4; //Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
       150:	goto	161
       153:	getstatic	#2; //Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
       156:	ldc	#11; //String default
       158:	invokevirtual	#4; //Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
       161:	return

其中的 3:tableswitch\{ //0 to 14  
0: 76;  
1: 87;  
2: 153;  
3: 98;  
4: 153;  
5: 109;  
6: 153;  
7: 153;  
8: 153;  
9: 153;  
10: 120;  
11: 153;  
12: 153;  
13: 131;  
14: 142;  
default: 153 \}  
就是跳转表，对于tableswitch指令，这里high为14，low为0，表中共有high-low+1个分支项，当jvm遇到tableswitch指令时，它会检测switch(key)中的key值是否在low~high之间，如果不是，直接执行default部分，如果在这个范围之内，它使用key-low这个项指定的地点跳转。可见，tableswitch的效率是非常高的。

例二：

public class Test2 {
    
        public static void main(String[] args) {
            int i = 3;
            switch (i) {
                case 3:
                    System.out.println("3");
                    break;
                case 20:
                    System.out.println("20");
                    break;
                case 50:
                    System.out.println("50");
                    break;
                case 100:
                    System.out.println("100");
                    break;
            }
    
    
        }
    }

反汇编代码：

Code:
       0:	iconst_3
       1:	istore_1
       2:	iload_1
       3:	lookupswitch{ //4
    		3: 44;
    		20: 55;
    		50: 66;
    		100: 77;
    		default: 85 }
       44:	getstatic	#2; //Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
       47:	ldc	#3; //String 3
       49:	invokevirtual	#4; //Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
       52:	goto	85
       55:	getstatic	#2; //Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
       58:	ldc	#5; //String 20
       60:	invokevirtual	#4; //Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
       63:	goto	85
       66:	getstatic	#2; //Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
       69:	ldc	#6; //String 50
       71:	invokevirtual	#4; //Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
       74:	goto	85
       77:	getstatic	#2; //Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
       80:	ldc	#7; //String 100
       82:	invokevirtual	#4; //Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
       85:	return

这里使用的是lookupswitch:

3:lookupswitch\{ //4  
3: 44;  
20: 55;  
50: 66;  
100: 77;  
default: 85 \}  
        这种情况下，必须依次检测每一个项目看是否和switch(key) 中的key匹配，如果遇到匹配的直接跳转，如果遇到比key值大的，执行default,因为3,20,50,100这些项目是按照升序排列的，所以遇到比 key值大的case值后就可以确定后面没有符合条件的值了。另外一点，升序排列也允许jvm实现这条指令时进行优化，比如采用二分搜索的方式取代线性扫描等。

### 二、对比分析 ###

**switch...case与if...else的根本区别在于，switch...case会生成一个跳转表来指示实际的case分支的地址，而这个跳转表的索引号与switch变量的值是相等的。从而，switch...case不用像if...else那样遍历条件分支直到命中条件，而只需访问对应索引号的表项从而到达定位分支的目的。**

### **三、总结** ###

1、switch和if-else相比，由于使用了Binary Tree算法，绝大部分情况下switch会快一点，除非是if-else的第一个条件就为true.  
原理：switch...case会生成一个跳转表来指示实际的case分支的地址，而这个跳转表的索引号与switch变量的值是相等的。从而，switch...case不用像if...else那样遍历条件分支直到命中条件，而只需访问对应索引号的表项从而到达定位分支的目的。  
2、switch 使用：  
     1）switch（表达式）整型或可以转变为整型的值（byte、short、char和int类型）和枚举类型，long类型不能。  
     2）case 后面只能为常数或常量，不能为变量。  
     3）执行的过程中，如果遇到break语句，则跳出switch语句。  
3、分支较少的时候用if-esle，分支多的时候switch会比较清晰。