Java 语法糖详解
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。
本 Chat 从 Java 编译原理角度,深入字节码及 class 文件,抽丝剥茧,了解 Java 中的语法糖原理及用法,帮助大家在学会如何使用 Java 语法糖的同时,了解这些语法糖背后的原理,主要内容如下:
什么是语法糖
糖块一 —— switch 支持 String 与枚举
糖块二 —— 泛型与类型擦除
糖块三 —— 自动装箱与拆箱
……
糖块十一 —— try-with-resource
糖块十二 —— lambda 表达式
糖衣炮弹 —— 语法糖使用过程中需要注意的点
综合应用
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。
有意思的是,在编程领域,除了语法糖,还有语法盐和语法糖精的说法,篇幅有限这里不做扩展了。
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。
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;
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。
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:
1.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。
2.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");
map.put("wechat", "Hollis");
map.put("blog", "www.hollischuang.com");
解语法糖之后会变成:
Map map = new HashMap();
map.put("name", "hollis");
map.put("wechat", "Hollis");
map.put("blog", "www.hollischuang.com");
以下代码:
public static <A extends Comparable<A>> A max(Collection<A> xs) {
Iterator<A> xi = xs.iterator();
A w = xi.next();
while (xi.hasNext()) {
A x = xi.next();
if (w.compareTo(x) < 0)
w = x;
}
return w;
}
类型擦除后会变成:
public static Comparable max(Collection xs){
Iterator xi = xs.iterator();
Comparable w = (Comparable)xi.next();
while(xi.hasNext())
{
Comparable x = (Comparable)xi.next();
if(w.compareTo(x) < 0)
w = x;
}
return w;
}
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
。
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。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。
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("Holis", "公众号:Hollis", "博客:www.hollischuang.com", "QQ:907607222");
}
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[] {
"Holis", "\u516C\u4F17\u53F7:Hollis", "\u535A\u5BA2\uFF1Awww.hollischuang.com", "QQ\uFF1A907607222"
});
}
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。
PS:反编译后的print方法声明中有一个transient标识,是不是很奇怪?transient不是不可以修饰方法吗?transient不是和序列化有关么?transient在这里的作用是什么?因为这个与本文关系不大,这里不做深入分析了。相了解的同学可以关注我微信公众号或者博客。
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的,反编译后代码内容如下:
public final class T extends Enum
{
private T(String s, int i)
{
super(s, i);
}
public static T[] values()
{
T at[];
int i;
T at1[];
System.arraycopy(at = ENUM$VALUES, 0, at1 = new T[i = at.length], 0, i);
return at1;
}
public static T valueOf(String s)
{
return (T)Enum.valueOf(demo/T, s);
}
public static final