语法糖--这一篇全了解

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。

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。

糖块一、 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; 
        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; 
        } 
    }
}

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。

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糖块二、泛型

我们都知道，很多语言都是支持泛型的，但是很多人不知道的是，不同的编译器对于泛型的处理方式是不同的，通常情况下，一个编译器处理泛型有两种方式：Code specialization和Code sharing。C++和C#是使用Code specialization的处理机制，而Java使用的是Code sharing的机制。

Code sharing方式为每个泛型类型创建唯一的字节码表示，并且将该泛型类型的实例都映射到这个唯一的字节码表示上。将多种泛型类形实例映射到唯一的字节码表示是通过类型擦除（type erasue）实现的。

也就是说，对于Java虚拟机来说，他根本不认识Map<String, String> map这样的语法。需要在编译阶段通过类型擦除的方式进行解语法糖。

类型擦除的主要过程如下：

将所有的泛型参数用其最左边界（最顶级的父类型）类型替换。

移除所有的类型参数。

以下代码：

Map<String, String> map = new HashMap<String, String>();

map.put("name", "hollis");

解语法糖之后会变成：

Map map = new HashMap();

map.put("name", "hollis");

虚拟机中没有泛型，只有普通类和普通方法，所有泛型类的类型参数在编译时都会被擦除，泛型类并没有自己独有的Class类对象。比如并不存在List<String>.class或是List<Integer>.class，而只有List.class。

扩展：java语言中重载与返回值无关；重载要求方法具备不同的特征签名，返回值并不包含在方法的特征签名中，所以返回值不参与重载选择，但是在Class文件格式中，只要描述符不是完全一致的两个方法就可以共存，也就是说，两个方法如果有相同的名称和特征签名（参数是带泛型的类型擦除后特征签名一样），但返回值不同，那么他们可以合法共存在一个Class文件中

糖块三、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。

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);

}

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。

扩展：拆箱装箱--一篇全了解：https://blog.csdn.net/w372426096/article/details/81909792

糖块四、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("Franco", "WQ:Franco", "博客：https://blog.csdn.net/w372426096");

}

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[] {

"Franco", "WQ:Franco", "\u535A\u5BA2\uFF1Ahttps://blog.csdn.net/w372426096"

});

}

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。

糖块五、枚举

Java SE5提供了一种新的类型-Java的枚举类型，关键字enum可以将一组具名的值的有限集合创建为一种新的类型，而这些具名的值可以作为常规的程序组件使用，这是一种非常有用的功能。要想看源码，首先得有一个类吧，那么枚举类型到底是什么类呢？是enum吗？答案很明显不是，enum就和class一样，只是一个关键字，他并不是一个类，那么枚举是由什么类维护的呢，我们简单的写一个枚举：public enum t { SPRING,SUMMER;}然后我们使用反编译，看看这段代码到底是怎么实现。通过反编译后代码我们可以看到（内容太多不贴了，读者自行反编译了解下），public final class T extends Enum，说明，该类是继承了Enum类的，同时final关键字告诉我们，这个类也是不能被继承的。当我们使用enmu来定义一个枚举类型的时候，编译器会自动帮我们创建一个final类型的类继承Enum类，所以枚举类型不能被继承。

糖块六、内部类

内部类又称为嵌套类，可以把内部类理解为外部类的一个普通成员。

内部类之所以也是语法糖，是因为它仅仅是一个编译时的概念，outer.java里面定义了一个内部类inner，一旦编译成功，就会生成两个完全不同的.class文件了，分别是outer.class和outer$inner.class。所以内部类的名字完全可以和它的外部类名字相同。

糖块七、条件编译

—般情况下，程序中的每一行代码都要参加编译。但有时候出于对程序代码优化的考虑，希望只对其中一部分内容进行编译，此时就需要在程序中加上条件，让编译器只对满足条件的代码进行编译，将不满足条件的代码舍弃，这就是条件编译。如在C或CPP中，可以通过预处理语句来实现条件编译。

其实在Java中也可实现条件编译。我们先来看一段代码：

public class ConditionalCompilation {

    public static void main(String[] args) {

        final boolean DEBUG = true;

        if(DEBUG) {

            System.out.println("Hello, DEBUG!");

        }

        final boolean ONLINE = false;

        if(ONLINE){

            System.out.println("Hello, ONLINE!");

        }

    }

}

反编译后代码如下：

public class ConditionalCompilation{

    public static void main(String args[]) {

        boolean DEBUG = true;

        System.out.println("Hello, DEBUG!");

        boolean ONLINE = false;

    }

}

首先，我们发现，在反编译后的代码中没有System.out.println("Hello, ONLINE!");，这其实就是条件编译。当if(ONLINE)为false的时候，编译器就没有对其内的代码进行编译。

所以，Java语法的条件编译，是通过判断条件为常量的if语句实现的。其原理也是Java语言的语法糖。根据if判断条件的真假，编译器直接把分支为false的代码块消除。通过该方式实现的条件编译，必须在方法体内实现，而无法在正整个Java类的结构或者类的属性上进行条件编译，这与C/C++的条件编译相比，确实更有局限性。在Java语言设计之初并没有引入条件编译的功能，虽有局限，但是总比没有更强。

糖块八、断言

在Java中，assert关键字是从 Java SE 1.4 引入的，为了避免和老版本的Java代码中使用了assert关键字导致错误，Java在执行的时候默认是不启动断言检查的（这个时候，所有的断言语句都将忽略！），如果要开启断言检查，则需要用开关-enableassertions或-ea来开启。

看一段包含断言的代码：

public class AssertTest {

    public static void main(String args[]) {

        int a = 1;

        int b = 1;

        assert a == b;

        System.out.println("外号：Franco");

        assert a != b : "Franco";

        System.out.println("博客：https://blog.csdn.net/w372426096");

    }
}

反编译后代码太多，不贴了，但是很明显，反编译之后的代码要比我们自己的代码复杂的多。所以，使用了assert这个语法糖我们节省了很多代码。其实断言的底层实现就是if语言，如果断言结果为true，则什么都不做，程序继续执行，如果断言结果为false，则程序抛出AssertError来打断程序的执行。-enableassertions会设置$assertionsDisabled字段的值。

糖块九、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。

糖块十、 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 = {"Franco", "WQ：Franco", "博客：https://blog.csdn.net/w372426096"};

        for (String s : strs) {

            System.out.println(s);

        }

}

反编译后代码如下：

public static transient void main(String args[]){

        String strs[] = { "Franco", "WQ1AFranco", "\u535A\u5BA2\uFF1Ahttps://blog.csdn.net/w372426096" };

        String args1[] = strs;

        int i = args1.length;

        for(int j = 0; j < i; j++) {

            String s = args1[j];

            System.out.println(s);

        }
}

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。

糖块十一、 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:\\Franco.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:\\ Franco.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:\\ Franco.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

前面介绍了12种Java中常用的语法糖。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。有了这些语法糖，我们在日常开发的时候可以大大提升效率，但是同时也要避免过渡使用。使用之前最好了解下原理，避免掉坑。

参考：

《深入理解JVM虚拟机》

Hollis知识星球