Java语法糖详解

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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;
        }
    }
}
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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;
        }
    }
}
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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;
}
复制代码

反编译后代码如下:

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

再来看个自动拆箱的代码:

public static void main(String[] args) {

    Integer i = 10;
    int n = i;
}
复制代码

反编译后代码如下:

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

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)));
}
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输出结果

a == b is false
c == d is true
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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]);
        }
    }
复制代码

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]);

}
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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);
    }
}
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反编译后:

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

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);
    }
}
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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();

}
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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);    
}
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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
        }
    }
}
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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
    }
}
复制代码

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;
    }
}
复制代码

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。

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