作者：Hollis

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本文從 Java 編譯原理角度，深入字節(jié)碼及 class 文件，抽絲剝繭，了解 Java 中的語(yǔ)法糖原理及用法，幫助大家在學(xué)會(huì)如何使用 Java 語(yǔ)法糖的同時(shí)，了解這些語(yǔ)法糖背后的原理

語(yǔ)法糖

語(yǔ)法糖（Syntactic Sugar），也稱糖衣語(yǔ)法，是由英國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)家 Peter.J.Landin 發(fā)明的一個(gè)術(shù)語(yǔ)，指在計(jì)算機(jī)語(yǔ)言中添加的某種語(yǔ)法，這種語(yǔ)法對(duì)語(yǔ)言的功能并沒(méi)有影響，但是更方便程序員使用。簡(jiǎn)而言之，語(yǔ)法糖讓程序更加簡(jiǎn)潔，有更高的可讀性。

有意思的是，在編程領(lǐng)域，除了語(yǔ)法糖，還有語(yǔ)法鹽和語(yǔ)法糖精的說(shuō)法，篇幅有限這里不做擴(kuò)展了。

我們所熟知的編程語(yǔ)言中幾乎都有語(yǔ)法糖。作者認(rèn)為，語(yǔ)法糖的多少是評(píng)判一個(gè)語(yǔ)言夠不夠牛逼的標(biāo)準(zhǔn)之一。

很多人說(shuō)Java是一個(gè)“低糖語(yǔ)言”，其實(shí)從Java 7開(kāi)始Java語(yǔ)言層面上一直在添加各種糖，主要是在“Project Coin”項(xiàng)目下研發(fā)。盡管現(xiàn)在Java有人還是認(rèn)為現(xiàn)在的Java是低糖，未來(lái)還會(huì)持續(xù)向著“高糖”的方向發(fā)展。

解語(yǔ)法糖

前面提到過(guò)，語(yǔ)法糖的存在主要是方便開(kāi)發(fā)人員使用。但其實(shí)，Java虛擬機(jī)并不支持這些語(yǔ)法糖。這些語(yǔ)法糖在編譯階段就會(huì)被還原成簡(jiǎn)單的基礎(chǔ)語(yǔ)法結(jié)構(gòu)，這個(gè)過(guò)程就是解語(yǔ)法糖。

說(shuō)到編譯，大家肯定都知道，Java語(yǔ)言中，javac命令可以將后綴名為.java的源文件編譯為后綴名為.class的可以運(yùn)行于Java虛擬機(jī)的字節(jié)碼。

如果你去看com.sun.tools.javac.main.JavaCompiler的源碼，你會(huì)發(fā)現(xiàn)在compile()中有一個(gè)步驟就是調(diào)用desugar()，這個(gè)方法就是負(fù)責(zé)解語(yǔ)法糖的實(shí)現(xiàn)的。

Java 中最常用的語(yǔ)法糖主要有泛型、變長(zhǎng)參數(shù)、條件編譯、自動(dòng)拆裝箱、內(nèi)部類等。本文主要來(lái)分析下這些語(yǔ)法糖背后的原理。一步一步剝?nèi)ヌ且?#xff0c;看看其本質(zhì)。

糖塊一、 switch 支持 String 與枚舉

前面提到過(guò)，從Java 7 開(kāi)始，Java語(yǔ)言中的語(yǔ)法糖在逐漸豐富，其中一個(gè)比較重要的就是Java 7中switch開(kāi)始支持String。

在開(kāi)始coding之前先科普下，Java中的swith自身原本就支持基本類型。比如int、char等。

對(duì)于int類型，直接進(jìn)行數(shù)值的比較。對(duì)于char類型則是比較其ascii碼。

所以，對(duì)于編譯器來(lái)說(shuō)，switch中其實(shí)只能使用整型，任何類型的比較都要轉(zhuǎn)換成整型。比如byte。short，char(ackii碼是整型)以及int。

那么接下來(lái)看下switch對(duì)String得支持，有以下代碼：

反編譯后內(nèi)容如下：

看到這個(gè)代碼，你知道原來(lái)字符串的switch是通過(guò)equals()和hashCode()方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的。還好hashCode()方法返回的是int，而不是long。

仔細(xì)看下可以發(fā)現(xiàn)，進(jìn)行switch的實(shí)際是哈希值，然后通過(guò)使用equals方法比較進(jìn)行安全檢查，這個(gè)檢查是必要的，因?yàn)楣？赡軙?huì)發(fā)生碰撞。因此它的性能是不如使用枚舉進(jìn)行switch或者使用純整數(shù)常量，但這也不是很差。

糖塊二、 泛型

我們都知道，很多語(yǔ)言都是支持泛型的，但是很多人不知道的是，不同的編譯器對(duì)于泛型的處理方式是不同的。

通常情況下，一個(gè)編譯器處理泛型有兩種方式：Code specialization和Code sharing。

C++和C#是使用Code specialization的處理機(jī)制，而Java使用的是Code sharing的機(jī)制。

Code sharing方式為每個(gè)泛型類型創(chuàng)建唯一的字節(jié)碼表示，并且將該泛型類型的實(shí)例都映射到這個(gè)唯一的字節(jié)碼表示上。將多種泛型類形實(shí)例映射到唯一的字節(jié)碼表示是通過(guò)類型擦除（type erasue）實(shí)現(xiàn)的。

也就是說(shuō)，對(duì)于Java虛擬機(jī)來(lái)說(shuō)，他根本不認(rèn)識(shí)Map<String, String> map這樣的語(yǔ)法。需要在編譯階段通過(guò)類型擦除的方式進(jìn)行解語(yǔ)法糖。

類型擦除的主要過(guò)程如下：

• ?1.將所有的泛型參數(shù)用其最左邊界（最頂級(jí)的父類型）類型替換。

• ?2.移除所有的類型參數(shù)。

以下代碼：

解語(yǔ)法糖之后會(huì)變成：

?

以下代碼：

類型擦除后會(huì)變成：

虛擬機(jī)中沒(méi)有泛型，只有普通類和普通方法，所有泛型類的類型參數(shù)在編譯時(shí)都會(huì)被擦除，泛型類并沒(méi)有自己獨(dú)有的Class類對(duì)象。比如并不存在List<String>.class或是List<Integer>.class，而只有List.class。

糖塊三、 自動(dòng)裝箱與拆箱

自動(dòng)裝箱就是Java自動(dòng)將原始類型值轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的對(duì)象，比如將int的變量轉(zhuǎn)換成Integer對(duì)象，這個(gè)過(guò)程叫做裝箱，反之將Integer對(duì)象轉(zhuǎn)換成int類型值，這個(gè)過(guò)程叫做拆箱。

因?yàn)檫@里的裝箱和拆箱是自動(dòng)進(jìn)行的非人為轉(zhuǎn)換，所以就稱作為自動(dòng)裝箱和拆箱。

原始類型byte, short, char, int, long, float, double 和 boolean 對(duì)應(yīng)的封裝類為Byte, Short, Character, Integer, Long, Float, Double, Boolean。

先來(lái)看個(gè)自動(dòng)裝箱的代碼：

反編譯后代碼如下:

再來(lái)看個(gè)自動(dòng)拆箱的代碼：

反編譯后代碼如下：

從反編譯得到內(nèi)容可以看出，在裝箱的時(shí)候自動(dòng)調(diào)用的是Integer的valueOf(int)方法。而在拆箱的時(shí)候自動(dòng)調(diào)用的是Integer的intValue方法。

所以，裝箱過(guò)程是通過(guò)調(diào)用包裝器的valueOf方法實(shí)現(xiàn)的，而拆箱過(guò)程是通過(guò)調(diào)用包裝器的 xxxValue方法實(shí)現(xiàn)的。

糖塊四 、 方法變長(zhǎng)參數(shù)

可變參數(shù)(variable arguments)是在Java 1.5中引入的一個(gè)特性。它允許一個(gè)方法把任意數(shù)量的值作為參數(shù)。

看下以下可變參數(shù)代碼，其中print方法接收可變參數(shù)：

反編譯后代碼：

從反編譯后代碼可以看出，可變參數(shù)在被使用的時(shí)候，他首先會(huì)創(chuàng)建一個(gè)數(shù)組，數(shù)組的長(zhǎng)度就是調(diào)用該方法是傳遞的實(shí)參的個(gè)數(shù)，然后再把參數(shù)值全部放到這個(gè)數(shù)組當(dāng)中，然后再把這個(gè)數(shù)組作為參數(shù)傳遞到被調(diào)用的方法中。

糖塊五 、 枚舉

Java SE5提供了一種新的類型-Java的枚舉類型，關(guān)鍵字enum可以將一組具名的值的有限集合創(chuàng)建為一種新的類型，而這些具名的值可以作為常規(guī)的程序組件使用，這是一種非常有用的功能。參考：Java的枚舉類型用法介紹

要想看源碼，首先得有一個(gè)類吧，那么枚舉類型到底是什么類呢？是enum嗎？

答案很明顯不是，enum就和class一樣，只是一個(gè)關(guān)鍵字，他并不是一個(gè)類。

那么枚舉是由什么類維護(hù)的呢，我們簡(jiǎn)單的寫一個(gè)枚舉：

然后我們使用反編譯，看看這段代碼到底是怎么實(shí)現(xiàn)的，反編譯后代碼內(nèi)容如下：

通過(guò)反編譯后代碼我們可以看到，public final class T extends Enum，說(shuō)明，該類是繼承了Enum類的，同時(shí)final關(guān)鍵字告訴我們，這個(gè)類也是不能被繼承的。

當(dāng)我們使用enmu來(lái)定義一個(gè)枚舉類型的時(shí)候，編譯器會(huì)自動(dòng)幫我們創(chuàng)建一個(gè)final類型的類繼承Enum類，所以枚舉類型不能被繼承。

糖塊六 、 內(nèi)部類

內(nèi)部類又稱為嵌套類，可以把內(nèi)部類理解為外部類的一個(gè)普通成員。

內(nèi)部類之所以也是語(yǔ)法糖，是因?yàn)樗鼉H僅是一個(gè)編譯時(shí)的概念。

outer.java里面定義了一個(gè)內(nèi)部類inner，一旦編譯成功，就會(huì)生成兩個(gè)完全不同的.class文件了，分別是outer.class和outer$inner.class。所以內(nèi)部類的名字完全可以和它的外部類名字相同。

以上代碼編譯后會(huì)生成兩個(gè)class文件：OutterClass$InnerClass.class 、OutterClass.class 。

當(dāng)我們嘗試使用jad對(duì)OutterClass.class文件進(jìn)行反編譯的時(shí)候，命令行會(huì)打印以下內(nèi)容：

他會(huì)把兩個(gè)文件全部進(jìn)行反編譯，然后一起生成一個(gè)OutterClass.jad文件。文件內(nèi)容如下：

糖塊七 、條件編譯

—般情況下，程序中的每一行代碼都要參加編譯。但有時(shí)候出于對(duì)程序代碼優(yōu)化的考慮，希望只對(duì)其中一部分內(nèi)容進(jìn)行編譯，此時(shí)就需要在程序中加上條件，讓編譯器只對(duì)滿足條件的代碼進(jìn)行編譯，將不滿足條件的代碼舍棄，這就是條件編譯。

如在C或CPP中，可以通過(guò)預(yù)處理語(yǔ)句來(lái)實(shí)現(xiàn)條件編譯。其實(shí)在Java中也可實(shí)現(xiàn)條件編譯。我們先來(lái)看一段代碼：

反編譯后代碼如下：

首先，我們發(fā)現(xiàn)，在反編譯后的代碼中沒(méi)有System.out.println("Hello, ONLINE!");，這其實(shí)就是條件編譯。

當(dāng)if(ONLINE)為false的時(shí)候，編譯器就沒(méi)有對(duì)其內(nèi)的代碼進(jìn)行編譯。

所以，Java語(yǔ)法的條件編譯，是通過(guò)判斷條件為常量的if語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)if判斷條件的真假，編譯器直接把分支為false的代碼塊消除。通過(guò)該方式實(shí)現(xiàn)的條件編譯，必須在方法體內(nèi)實(shí)現(xiàn)，而無(wú)法在正整個(gè)Java類的結(jié)構(gòu)或者類的屬性上進(jìn)行條件編譯。

這與C/C++的條件編譯相比，確實(shí)更有局限性。在Java語(yǔ)言設(shè)計(jì)之初并沒(méi)有引入條件編譯的功能，雖有局限，但是總比沒(méi)有更強(qiáng)。

糖塊八 、 斷言

在Java中，assert關(guān)鍵字是從JAVA SE 1.4 引入的，為了避免和老版本的Java代碼中使用了assert關(guān)鍵字導(dǎo)致錯(cuò)誤，Java在執(zhí)行的時(shí)候默認(rèn)是不啟動(dòng)斷言檢查的（這個(gè)時(shí)候，所有的斷言語(yǔ)句都將忽略！）。

如果要開(kāi)啟斷言檢查，則需要用開(kāi)關(guān)-enableassertions或-ea來(lái)開(kāi)啟。

看一段包含斷言的代碼：

反編譯后代碼如下：

很明顯，反編譯之后的代碼要比我們自己的代碼復(fù)雜的多。所以，使用了assert這個(gè)語(yǔ)法糖我們節(jié)省了很多代碼。

其實(shí)斷言的底層實(shí)現(xiàn)就是if語(yǔ)言，如果斷言結(jié)果為true，則什么都不做，程序繼續(xù)執(zhí)行，如果斷言結(jié)果為false，則程序拋出AssertError來(lái)打斷程序的執(zhí)行。

-enableassertions會(huì)設(shè)置$assertionsDisabled字段的值。

糖塊九 、 數(shù)值字面量

在java 7中，數(shù)值字面量，不管是整數(shù)還是浮點(diǎn)數(shù)，都允許在數(shù)字之間插入任意多個(gè)下劃線。這些下劃線不會(huì)對(duì)字面量的數(shù)值產(chǎn)生影響，目的就是方便閱讀。

比如：

反編譯后：

反編譯后就是把_刪除了。也就是說(shuō)編譯器并不認(rèn)識(shí)在數(shù)字字面量中的_，需要在編譯階段把他去掉。

糖塊十 、 for-each

增強(qiáng)for循環(huán)（for-each）相信大家都不陌生，日常開(kāi)發(fā)經(jīng)常會(huì)用到的，他會(huì)比f(wàn)or循環(huán)要少寫很多代碼，那么這個(gè)語(yǔ)法糖背后是如何實(shí)現(xiàn)的呢？

反編譯后代碼如下：

代碼很簡(jiǎn)單，for-each的實(shí)現(xiàn)原理其實(shí)就是使用了普通的for循環(huán)和迭代器。

糖塊十一 、 try-with-resource

Java里，對(duì)于文件操作IO流、數(shù)據(jù)庫(kù)連接等開(kāi)銷非常昂貴的資源，用完之后必須及時(shí)通過(guò)close方法將其關(guān)閉，否則資源會(huì)一直處于打開(kāi)狀態(tài)，可能會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存泄露等問(wèn)題。

關(guān)閉資源的常用方式就是在finally塊里是釋放，即調(diào)用close方法。比如，我們經(jīng)常會(huì)寫這樣的代碼：

從Java 7開(kāi)始，jdk提供了一種更好的方式關(guān)閉資源，使用try-with-resources語(yǔ)句，改寫一下上面的代碼，效果如下：

看，這簡(jiǎn)直是一大福音啊，雖然我之前一般使用IOUtils去關(guān)閉流，并不會(huì)使用在finally中寫很多代碼的方式，但是這種新的語(yǔ)法糖看上去好像優(yōu)雅很多呢。

反編譯以上代碼，看下他的背后原理：

其實(shí)背后的原理也很簡(jiǎn)單，那些我們沒(méi)有做的關(guān)閉資源的操作，編譯器都幫我們做了。

所以，再次印證了，語(yǔ)法糖的作用就是方便程序員的使用，但最終還是要轉(zhuǎn)成編譯器認(rèn)識(shí)的語(yǔ)言。

糖塊十二、Lambda表達(dá)式

關(guān)于lambda表達(dá)式，有人可能會(huì)有質(zhì)疑，因?yàn)榫W(wǎng)上有人說(shuō)他并不是語(yǔ)法糖。其實(shí)我想糾正下這個(gè)說(shuō)法。

Labmda表達(dá)式不是匿名內(nèi)部類的語(yǔ)法糖，但是他也是一個(gè)語(yǔ)法糖。實(shí)現(xiàn)方式其實(shí)是依賴了幾個(gè)JVM底層提供的lambda相關(guān)api。

先來(lái)看一個(gè)簡(jiǎn)單的lambda表達(dá)式。遍歷一個(gè)list：

為啥說(shuō)他并不是內(nèi)部類的語(yǔ)法糖呢，前面講內(nèi)部類我們說(shuō)過(guò)，內(nèi)部類在編譯之后會(huì)有兩個(gè)class文件，但是，包含lambda表達(dá)式的類編譯后只有一個(gè)文件。

反編譯后代碼如下:

可以看到，在forEach方法中，其實(shí)是調(diào)用了java.lang.invoke.LambdaMetafactory#metafactory方法，該方法的第四個(gè)參數(shù)implMethod指定了方法實(shí)現(xiàn)。可以看到這里其實(shí)是調(diào)用了一個(gè)lambda$main$0方法進(jìn)行了輸出。

再來(lái)看一個(gè)稍微復(fù)雜一點(diǎn)的，先對(duì)List進(jìn)行過(guò)濾，然后再輸出：

反編譯后代碼如下：

兩個(gè)lambda表達(dá)式分別調(diào)用了lambda$main$1和lambda$main$0兩個(gè)方法。

所以，lambda表達(dá)式的實(shí)現(xiàn)其實(shí)是依賴了一些底層的api，在編譯階段，編譯器會(huì)把lambda表達(dá)式進(jìn)行解糖，轉(zhuǎn)換成調(diào)用內(nèi)部api的方式。

可能遇到的坑

泛型——當(dāng)泛型遇到重載?

上面這段代碼，有兩個(gè)重載的函數(shù)，因?yàn)樗麄兊膮?shù)類型不同，一個(gè)是List另一個(gè)是List，但是，這段代碼是編譯通不過(guò)的。因?yàn)槲覀兦懊嬷v過(guò)，參數(shù)List和List編譯之后都被擦除了，變成了一樣的原生類型List，擦除動(dòng)作導(dǎo)致這兩個(gè)方法的特征簽名變得一模一樣。

泛型——當(dāng)泛型遇到catch?

泛型的類型參數(shù)不能用在Java異常處理的catch語(yǔ)句中。因?yàn)楫惓Ｌ幚硎怯蒍VM在運(yùn)行時(shí)刻來(lái)進(jìn)行的。由于類型信息被擦除，JVM是無(wú)法區(qū)分兩個(gè)異常類型MyException<String>和MyException<Integer>的

泛型——當(dāng)泛型內(nèi)包含靜態(tài)變量

以上代碼輸出結(jié)果為：2！由于經(jīng)過(guò)類型擦除，所有的泛型類實(shí)例都關(guān)聯(lián)到同一份字節(jié)碼上，泛型類的所有靜態(tài)變量是共享的。

自動(dòng)裝箱與拆箱——對(duì)象相等比較

輸出結(jié)果：

在Java 5中，在Integer的操作上引入了一個(gè)新功能來(lái)節(jié)省內(nèi)存和提高性能。整型對(duì)象通過(guò)使用相同的對(duì)象引用實(shí)現(xiàn)了緩存和重用。

適用于整數(shù)值區(qū)間-128 至 +127。

只適用于自動(dòng)裝箱。使用構(gòu)造函數(shù)創(chuàng)建對(duì)象不適用。

增強(qiáng)for循環(huán)

會(huì)拋出ConcurrentModificationException異常。

Iterator是工作在一個(gè)獨(dú)立的線程中，并且擁有一個(gè) mutex 鎖。 Iterator被創(chuàng)建之后會(huì)建立一個(gè)指向原來(lái)對(duì)象的單鏈索引表，當(dāng)原來(lái)的對(duì)象數(shù)量發(fā)生變化時(shí)，這個(gè)索引表的內(nèi)容不會(huì)同步改變，所以當(dāng)索引指針往后移動(dòng)的時(shí)候就找不到要迭代的對(duì)象，所以按照 fail-fast 原則 Iterator 會(huì)馬上拋出java.util.ConcurrentModificationException異常。

所以?Iterator?在工作的時(shí)候是不允許被迭代的對(duì)象被改變的。但你可以使用?Iterator?本身的方法remove()來(lái)刪除對(duì)象，Iterator.remove()?方法會(huì)在刪除當(dāng)前迭代對(duì)象的同時(shí)維護(hù)索引的一致性。

?

總結(jié)

前面介紹了12種Java中常用的語(yǔ)法糖。所謂語(yǔ)法糖就是提供給開(kāi)發(fā)人員便于開(kāi)發(fā)的一種語(yǔ)法而已。

但是這種語(yǔ)法只有開(kāi)發(fā)人員認(rèn)識(shí)。要想被執(zhí)行，需要進(jìn)行解糖，即轉(zhuǎn)成JVM認(rèn)識(shí)的語(yǔ)法。

當(dāng)我們把語(yǔ)法糖解糖之后，你就會(huì)發(fā)現(xiàn)其實(shí)我們?nèi)粘Ｊ褂玫倪@些方便的語(yǔ)法，其實(shí)都是一些其他更簡(jiǎn)單的語(yǔ)法構(gòu)成的。

有了這些語(yǔ)法糖，我們?cè)谌粘ｉ_(kāi)發(fā)的時(shí)候可以大大提升效率，但是同時(shí)也要避免過(guò)渡使用。使用之前最好了解下原理，避免掉坑。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的不了解这12个语法糖，别说你会Java！的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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