Java语法糖详解

亦凉 2023-01-12 10:09 137阅读 0赞

## 语法糖 ##

语法糖（Syntactic Sugar），也称糖衣语法，是由英国计算机学家 Peter.J.Landin 发明的一个术语，指在计算机语言中添加的某种语法，这种语法对语言的功能并没有影响，但是更方便程序员使用。简而言之，语法糖让程序更加简洁，有更高的可读性。

我们所熟知的编程语言中几乎都有语法糖。作者认为，语法糖的多少是评判一个语言够不够牛逼的标准之一。很多人说Java是一个“低糖语言”，其实从Java 7开始Java语言层面上一直在添加各种糖，主要是在“Project Coin”项目下研发。尽管现在Java有人还是认为现在的Java是低糖，未来还会持续向着“高糖”的方向发展。

## 解语法糖 ##

前面提到过，语法糖的存在主要是方便开发人员使用。但其实，Java虚拟机并不支持这些语法糖。这些语法糖在编译阶段就会被还原成简单的基础语法结构，这个过程就是解语法糖。

说到编译，大家肯定都知道，Java语言中，javac命令可以将后缀名为.java的源文件编译为后缀名为.class的可以运行于Java虚拟机的字节码。如果你去看com.sun.tools.javac.main.JavaCompiler的源码，你会发现在compile()中有一个步骤就是调用desugar()，这个方法就是负责解语法糖的实现的。

Java 中最常用的语法糖主要有泛型、变长参数、条件编译、自动拆装箱、内部类等。本文主要来分析下这些语法糖背后的原理。一步一步剥去糖衣，看看其本质。

## 语法糖之-switch 支持 String 与枚举 ##

前面提到过，从Java 7 开始，Java语言中的语法糖在逐渐丰富，其中一个比较重要的就是Java 7中switch开始支持String。

在开始coding之前先科普下，Java中的swith自身原本就支持基本类型。比如int、char等。对于int类型，直接进行数值的比较。对于char类型则是比较其ascii码。所以，对于编译器来说，switch中其实只能使用整型，任何类型的比较都要转换成整型。比如byte。short，char(ackii码是整型)以及int。

那么接下来看下switch对String得支持，有以下代码：

public class switchDemoString { 
        public static void main(String[] args) { 
            String str = "world";
            switch (str) { 
            case "hello":
                System.out.println("hello");
                break;
            case "world":
                System.out.println("world");
                break;
            default:
                break;
            }
        }
    }

反编译后内容如下：

public class switchDemoString
    { 
        public switchDemoString()
        { 
        }
        public static void main(String args[])
        { 
            String str = "world";
            String s;
            switch((s = str).hashCode())
            { 
            default:
                break;
            case 99162322:
                if(s.equals("hello"))
                    System.out.println("hello");
                break;
            case 113318802:
                if(s.equals("world"))
                    System.out.println("world");
                break;
            }
        }
    }

看到这个代码，你知道原来字符串的switch是通过equals()和hashCode()方法来实现的。还好hashCode()方法返回的是int，而不是long。

> 仔细看下可以发现，进行switch的实际是哈希值，然后通过使用equals方法比较进行安全检查，这个检查是必要的，因为哈希可能会发生碰撞。因此它的性能是不如使用枚举进行switch或者使用纯整数常量，但这也不是很差。

## 语法糖之-自动装箱与拆箱 ##

自动装箱就是Java自动将原始类型值转换成对应的对象，比如将int的变量转换成Integer对象，这个过程叫做装箱，反之将Integer对象转换成int类型值，这个过程叫做拆箱。因为这里的装箱和拆箱是自动进行的非人为转换，所以就称作为自动装箱和拆箱。原始类型byte, short, char, int, long, float, double 和 boolean 对应的封装类为Byte, Short, Character, Integer, Long, Float, Double, Boolean。

先来看个自动装箱的代码：

public static void main(String[] args) { 
        int i = 10;
        Integer n = i;
    }

反编译后代码如下:

public static void main(String args[])
    { 
        int i = 10;
        Integer n = Integer.valueOf(i);
    }

再来看个自动拆箱的代码：

public static void main(String[] args) { 
    
        Integer i = 10;
        int n = i;
    }

反编译后代码如下：

public static void main(String args[])
    { 
        Integer i = Integer.valueOf(10);
        int n = i.intValue();
    }

从反编译得到内容可以看出，在装箱的时候自动调用的是Integer的valueOf(int)方法。而在拆箱的时候自动调用的是Integer的intValue方法。

所以，装箱过程是通过调用包装器的valueOf方法实现的，而拆箱过程是通过调用包装器的 xxxValue方法实现的。

**注意**

对象相等比较使用自动装箱可能造成的问题

public class BoxingTest { 
    public static void main(String[] args) { 
        Integer a = 1000;
        Integer b = 1000;
        Integer c = 100;
        Integer d = 100;
        System.out.println("a == b is " + (a == b));
        System.out.println(("c == d is " + (c == d)));
    }

输出结果

a == b is false
    c == d is true

在Java 5中，在Integer的操作上引入了一个新功能来节省内存和提高性能。整型对象通过使用相同的对象引用实现了缓存和重用。

适用于整数值区间-128 至 +127。

只适用于自动装箱。使用构造函数创建对象不适用。

## 语法糖之-方法变长参数 ##

可变参数(variable arguments)是在Java 1.5中引入的一个特性。它允许一个方法把任意数量的值作为参数。

看下以下可变参数代码，其中print方法接收可变参数：

public static void main(String[] args)
        { 
            print("hello", "world", "123", "456");
        }
    
        public static void print(String... strs)
        { 
            for (int i = 0; i < strs.length; i++)
            { 
                System.out.println(strs[i]);
            }
        }

反编译后代码：

public static void main(String args[])
    { 
        print(new String[] { 
            "hello", "world", "123", "456"
        });
    }
    
    public static transient void print(String strs[])
    { 
        for(int i = 0; i < strs.length; i++)
            System.out.println(strs[i]);
    
    }

从反编译后代码可以看出，可变参数在被使用的时候，他首先会创建一个数组，数组的长度就是调用该方法是传递的实参的个数，然后再把参数值全部放到这个数组当中，然后再把这个数组作为参数传递到被调用的方法中。

## 语法糖之-数值字面量 ##

在java 7中，数值字面量，不管是整数还是浮点数，都允许在数字之间插入任意多个下划线。这些下划线不会对字面量的数值产生影响，目的就是方便阅读。

比如：

public class Test { 
        public static void main(String... args) { 
            int i = 10_000;
            System.out.println(i);
        }
    }

反编译后：

public class Test
    { 
      public static void main(String[] args)
      { 
        int i = 10000;
        System.out.println(i);
      }
    }

反编译后就是把\_删除了。也就是说 编译器并不认识在数字字面量中的\_，需要在编译阶段把他去掉。

## 语法糖之-for-each ##

增强for循环（for-each）相信大家都不陌生，日常开发经常会用到的，他会比for循环要少写很多代码，那么这个语法糖背后是如何实现的呢？

public static void main(String... args) { 
        String[] strs = { "hello", "world", "123", "456"};
        for (String s : strs) { 
            System.out.println(s);
        }
        List<String> strList = ImmutableList.of("hello", "world", "123", "456");
        for (String s : strList) { 
            System.out.println(s);
        }
    }

反编译后代码如下：

public static transient void main(String args[])
    { 
        String strs[] = { 
            "hello", "world", "123", "456"
        };
        String args1[] = strs;
        int i = args1.length;
        for(int j = 0; j < i; j++)
        { 
            String s = args1[j];
            System.out.println(s);
        }
    
        List strList = ImmutableList.of("hello", "world", "123", "456");
        String s;
        for(Iterator iterator = strList.iterator(); iterator.hasNext(); System.out.println(s))
            s = (String)iterator.next();
    
    }

代码很简单，for-each的实现原理其实就是使用了普通的for循环和迭代器。

**注意**

使用增强fou可能遇到ConcurrentModificationException异常

for (Student stu : students) {     
        if (stu.getId() == 2)     
            students.remove(stu);    
    }

会抛出ConcurrentModificationException异常。

Iterator是工作在一个独立的线程中，并且拥有一个 mutex 锁。 Iterator被创建之后会建立一个指向原来对象的单链索引表，当原来的对象数量发生变化时，这个索引表的内容不会同步改变，所以当索引指针往后移动的时候就找不到要迭代的对象，所以按照 fail-fast 原则 Iterator 会马上抛出java.util.ConcurrentModificationException异常。

所以 Iterator 在工作的时候是不允许被迭代的对象被改变的。但你可以使用 Iterator 本身的方法remove()来删除对象，Iterator.remove() 方法会在删除当前迭代对象的同时维护索引的一致性。

## 语法糖之-try-with-resource ##

Java里，对于文件操作IO流、数据库连接等开销非常昂贵的资源，用完之后必须及时通过close方法将其关闭，否则资源会一直处于打开状态，可能会导致内存泄露等问题。

关闭资源的常用方式就是在finally块里是释放，即调用close方法。比如，我们经常会写这样的代码：

public static void main(String[] args) { 
        BufferedReader br = null;
        try { 
            String line;
            br = new BufferedReader(new FileReader("d:\\test.xml"));
            while ((line = br.readLine()) != null) { 
                System.out.println(line);
            }
        } catch (IOException e) { 
            // handle exception
        } finally { 
            try { 
                if (br != null) { 
                    br.close();
                }
            } catch (IOException ex) { 
                // handle exception
            }
        }
    }

从Java 7开始，jdk提供了一种更好的方式关闭资源，使用try-with-resources语句，改写一下上面的代码，效果如下：

public static void main(String... args) { 
        try (BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader("d:\\ test.xml"))) { 
            String line;
            while ((line = br.readLine()) != null) { 
                System.out.println(line);
            }
        } catch (IOException e) { 
            // handle exception
        }
    }

看，这简直是一大福音啊，虽然我之前一般使用IOUtils去关闭流，并不会使用在finally中写很多代码的方式，但是这种新的语法糖看上去好像优雅很多呢。看下他的背后：

public static transient void main(String args[])
        { 
            BufferedReader br;
            Throwable throwable;
            br = new BufferedReader(new FileReader("d:\\ test.xml"));
            throwable = null;
            String line;
            try
            { 
                while((line = br.readLine()) != null)
                    System.out.println(line);
            }
            catch(Throwable throwable2)
            { 
                throwable = throwable2;
                throw throwable2;
            }
            if(br != null)
                if(throwable != null)
                    try
                    { 
                        br.close();
                    }
                    catch(Throwable throwable1)
                    { 
                        throwable.addSuppressed(throwable1);
                    }
                else
                    br.close();
                break MISSING_BLOCK_LABEL_113;
                Exception exception;
                exception;
                if(br != null)
                    if(throwable != null)
                        try
                        { 
                            br.close();
                        }
                        catch(Throwable throwable3)
                          { 
                            throwable.addSuppressed(throwable3);
                        }
                    else
                        br.close();
            throw exception;
            IOException ioexception;
            ioexception;
        }
    }

其实背后的原理也很简单，那些我们没有做的关闭资源的操作，编译器都帮我们做了。所以，再次印证了，语法糖的作用就是方便程序员的使用，但最终还是要转成编译器认识的语言。

## 总结 ##

所谓语法糖就是提供给开发人员便于开发的一种语法而已。但是这种语法只有开发人员认识。要想被执行，需要进行解糖，即转成JVM认识的语法。当我们把语法糖解糖之后，你就会发现其实我们日常使用的这些方便的语法，其实都是一些其他更简单的语法构成的。

## 结语 ##

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