Java经常用到的语法

本文从 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

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：

1. public class switchDemoString { 
2.     public static void main(String[] args) { 
3.         String str = "world"; 
4.         switch (str) { 
5.         case "hello": 
6.             System.out.println("hello"); 
7.             break; 
8.         case "world": 
9.             System.out.println("world"); 
10.             break; 
11.         default: 
12.             break; 
13.         } 
14.     } 
15. } 

反编译后内容如下：

1. public class switchDemoString 
2. { 
3.     public switchDemoString() 
4.     { 
5.     } 
6.     public static void main(String args[]) 
7.     { 
8.         String str = "world"; 
9.         String s; 
10.         switch((s = str).hashCode()) 
11.         { 
12.         default: 
13.             break; 
14.         case 99162322: 
15.             if(s.equals("hello")) 
16.                 System.out.println("hello"); 
17.             break; 
18.         case 113318802: 
19.             if(s.equals("world")) 
20.                 System.out.println("world"); 
21.             break; 
22.         } 
23.     } 
24. } 

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

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：

1. Map map = new HashMap();   
2. map.put("name", "hollis");   
3. map.put("wechat", "Hollis");   
4. map.put("blog", "www.hollischuang.com"); 

解语法糖之后会变成：

1. Map map = new HashMap();   
2. map.put("name", "hollis");   
3. map.put("wechat", "Hollis");   
4. map.put("blog", "www.hollischuang.com"); 

以下代码：

1. public static > A max(Collection xs) { 
2.     Iterator xi = xs.iterator(); 
3.     A w = xi.next(); 
4.     while (xi.hasNext()) { 
5.         A x = xi.next(); 
6.         if (w.compareTo(x) < 0) 
7.             w = x; 
8.     } 
9.     return w; 
10. } 

类型擦除后会变成：

1. public static Comparable max(Collection xs){ 
2.     Iterator xi = xs.iterator(); 
3.     Comparable w = (Comparable)xi.next(); 
4.     while(xi.hasNext()) 
5.     { 
6.         Comparable x = (Comparable)xi.next(); 
7.         if(w.compareTo(x) < 0) 
8.             w = x; 
9.     } 
10.     return w; 
11. } 

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.class或是List.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。参考：一文读懂什么是Java中的自动拆装箱

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：

1. public static void main(String[] args) { 
2.    int i = 10; 
3.    Integer n = i; 

反编译后代码如下:

1. public static void main(String args[]) 
2. { 
3.     int i = 10; 
4.     Integer n = Integer.valueOf(i); 
5. } 

再来看个自动拆箱的代码：

1. public static void main(String[] args) { 
2.  
3.     Integer i = 10; 
4.     int n = i; 
5. } 

反编译后代码如下：

1. public static void main(String args[]) 
2. { 
3.     Integer i = Integer.valueOf(10); 
4.     int n = i.intValue(); 
5. } 

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：

1. public static void main(String[] args) 
2.     { 
3.         print("Holis", "公众号:Hollis", "博客：www.hollischuang.com", "QQ：907607222"); 
4.     } 
5.  
6. public static void print(String... strs) 
7. { 
8.     for (int i = 0; i < strs.length; i++) 
9.     { 
10.         System.out.println(strs[i]); 
11.     } 
12. } 

反编译后代码：

1.  public static void main(String args[]) 
2. { 
3.     print(new String[] { 
4.         "Holis", "\\u516C\\u4F17\\u53F7:Hollis", "\\u535A\\u5BA2\\uFF1Awww.hollischuang.com", "QQ\\uFF1A907607222" 
5.     }); 
6. } 
7.  
8. public static transient void print(String strs[]) 
9. { 
10.     for(int i = 0; i < strs.length; i++) 
11.         System.out.println(strs[i]); 
12.  
13. } 

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。参考：Java的枚举类型用法介绍

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：

1. public enum t { 
2.     spring,SUMMER; 
3. } 

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：

1. public final class T extends Enum 
2. { 
3.     private T(String s, int i) 
4.     { 
5.         super(s, i); 
6.     } 
7.     public static T[] values() 
8.     { 
9.         T at[]; 
10.         int i; 
11.         T at1[]; 
12.         System.arraycopy(at = ENUM$VALUES, 0, at1 = new T[i = at.length], 0, i); 
13.         return at1; 
14.     } 
15.  
16.     public static T valueOf(String s) 
17.     { 
18.         return (T)Enum.valueOf(demo/T, s); 
19.     } 
20.  
21.     public static final T SPRING; 
22.     public static final T SUMMER; 
23.     private static final T ENUM$VALUES[]; 
24.     static 
25.     { 
26.         SPRING = new T("SPRING", 0); 
27.         SUMMER = new T("SUMMER", 1); 
28.         ENUM$VALUES = (new T[] { 
29.             SPRING, SUMMER 
30.         }); 
31.     } 
32. } 

通过反编译后代码我们可以看到，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。

1. public class OutterClass { 
2.     private String userName; 
3.  
4.     public String getUserName() { 
5.         return userName; 
6.     } 
7.  
8.     public void setUserName(String userName) { 
9.         this.userName = userName; 
10.     } 
11.  
12.     public static void main(String[] args) { 
13.  
14.     } 
15.  
16.     class InnerClass{ 
17.         private String name; 
18.  
19.         public String getName() { 
20.             return name; 
21.         } 
22.  
23.         public void setName(String name) { 
24.             this.name = name; 
25.         } 
26.     } 
27. } 

以上代码编译后会生成两个class文件：OutterClass$InnerClass.class 、OutterClass.class 。

当我们尝试使用jad对OutterClass.class文件进行反编译的时候，命令行会打印以下内容：

1. Parsing OutterClass.class... 
2. Parsing inner class OutterClass$InnerClass.class... 
3. Generating OutterClass.jad 

他会把两个文件全部进行反编译，然后一起生成一个OutterClass.jad文件。文件内容如下：

1. public class OutterClass 
2. { 
3.     class InnerClass 
4.     { 
5.         public String getName() 
6.         { 
7.             return name; 
8.         } 
9.         public void setName(String name) 
10.         { 
11.             this.name = name; 
12.         } 
13.         private String name; 
14.         final OutterClass this$0; 
15.  
16.         InnerClass() 
17.         { 
18.             this.this$0 = OutterClass.this; 
19.             super(); 
20.         } 
21.     } 
22.  
23.     public OutterClass() 
24.     { 
25.     } 
26.     public String getUserName() 
27.     { 
28.         return userName; 
29.     } 
30.     public void setUserName(String userName){ 
31.         this.userName = userName; 
32.     } 
33.     public static void main(String args1[]) 
34.     { 
35.     } 
36.     private String userName; 
37. } 

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：

1. public class ConditionalCompilation { 
2.     public static void main(String[] args) { 
3.         final boolean DEBUG = true; 
4.         if(DEBUG) { 
5.             System.out.println("Hello, DEBUG!"); 
6.         } 
7.  
8.         final boolean ONLINE = false; 
9.  
10.         if(ONLINE){ 
11.             System.out.println("Hello, ONLINE!"); 
12.         } 
13.     } 
14. } 

反编译后代码如下：

1. public class ConditionalCompilation 
2. { 
3.  
4.     public ConditionalCompilation() 
5.     { 
6.     } 
7.  
8.     public static void main(String args[]) 
9.     { 
10.         boolean DEBUG = true; 
11.         System.out.println("Hello, DEBUG!"); 
12.         boolean ONLINE = false; 
13.     } 
14. } 

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。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：

1. public class AssertTest { 
2.     public static void main(String args[]) { 
3.         int a = 1; 
4.         int b = 1; 
5.         assert a == b; 
6.         System.out.println("公众号：Hollis"); 
7.         assert a != b : "Hollis"; 
8.         System.out.println("博客：www.hollischuang.com"); 
9.     } 
10. } 

反编译后代码如下：

1. public class AssertTest { 
2.    public AssertTest() 
3.     { 
4.     } 
5.     public static void main(String args[]) 
6. { 
7.     int a = 1; 
8.     int b = 1; 
9.     if(!$assertionsDisabled && a != b) 
10.         throw new AssertionError(); 
11.     System.out.println("\\u516C\\u4F17\\u53F7\\uFF1AHollis"); 
12.     if(!$assertionsDisabled && a == b) 
13.     { 
14.         throw new AssertionError("Hollis"); 
15.     } else 
16.     { 
17.         System.out.println("\\u535A\\u5BA2\\uFF1Awww.hollischuang.com"); 
18.         return; 
19.     } 
20. } 
21.  
22. static final boolean $assertionsDisabled = !com/hollis/suguar/AssertTest.desiredAssertionStatus(); 
23.  
24.  
25. } 

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：

1. public class Test { 
2.     public static void main(String... args) { 
3.         int i = 10_000; 
4.         System.out.println(i); 
5.     } 
6. } 

反编译后：

1. public class Test 
2. { 
3.   public static void main(String[] args) 
4.   { 
5.     int i = 10000; 
6.     System.out.println(i); 
7.   } 
8. } 

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?

 

1. public static void main(String... args) { 
2.     String[] strs = {"Hollis", "公众号：Hollis", "博客：www.hollischuang.com"}; 
3.     for (String s : strs) { 
4.         System.out.println(s); 
5.     } 
6.     List strList = ImmutableList.of("Hollis", "公众号：Hollis", "博客：www.hollischuang.com"); 
7.     for (String s : strList) { 
8.         System.out.println(s); 
9.     } 
10. } 

反编译后代码如下：

1. public static transient void main(String args[]) 
2. { 
3.     String strs[] = { 
4.         "Hollis", "\\u516C\\u4F17\\u53F7\\uFF1AHollis", "\\u535A\\u5BA2\\uFF1Awww.hollischuang.com" 
5.     }; 
6.     String args1[] = strs; 
7.     int i = args1.length; 
8.     for(int j = 0; j < i; j++) 
9.     { 
10.         String s = args1[j]; 
11.         System.out.println(s); 
12.     } 
13.  
14.     List strList = ImmutableList.of("Hollis", "\\u516C\\u4F17\\u53F7\\uFF1AHollis", "\\u535A\\u5BA2\\uFF1Awww.hollischuang.com"); 
15.     String s; 
16.     for(Iterator iterator = strList.iterator(); iterator.hasNext(); System.out.println(s)) 
17.         s = (String)iterator.next(); 
18.  
19. } 

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：

1. public static void main(String[] args) { 
2.     BufferedReader br = null; 
3.     try { 
4.         String line; 
5.         br = new BufferedReader(new FileReader("d:\\\\hollischuang.XML")); 
6.         while ((line = br.readLine()) != null) { 
7.             System.out.println(line); 
8.         } 
9.     } catch (IOException e) { 
10.         // handle exception 
11.     } finally { 
12.         try { 
13.             if (br != null) { 
14.                 br.close(); 
15.             } 
16.         } catch (IOException ex) { 
17.             // handle exception 
18.         } 
19.     } 
20. } 

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：

1. public static void main(String... args) { 
2.     try (BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader("d:\\\\ hollischuang.xml"))) { 
3.         String line; 
4.         while ((line = br.readLine()) != null) { 
5.             System.out.println(line); 
6.         } 
7.     } catch (IOException e) { 
8.         // handle exception 
9.     } 
10. } 

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。

反编译以上代码，看下他的背后原理：

1. public static transient void main(String args[]) 
2.     { 
3.         BufferedReader br; 
4.         Throwable throwable; 
5.         br = new BufferedReader(new FileReader("d:\\\\ hollischuang.xml")); 
6.         throwable = null; 
7.         String line; 
8.         try 
9.         { 
10.             while((line = br.readLine()) != null) 
11.                 System.out.println(line); 
12.         } 
13.         catch(Throwable throwable2) 
14.         { 
15.             throwable = throwable2; 
16.             throw throwable2; 
17.         } 
18.         if(br != null) 
19.             if(throwable != null) 
20.                 try 
21.                 { 
22.                     br.close(); 
23.                 } 
24.                 catch(Throwable throwable1) 
25.                 { 
26.                     throwable.addSuppressed(throwable1); 
27.                 } 
28.             else 
29.                 br.close(); 
30.             break MISSING_BLOCK_LABEL_113; 
31.             Exception exception; 
32.             exception; 
33.             if(br != null) 
34.                 if(throwable != null) 
35.                     try 
36.                     { 
37.                         br.close(); 
38.                     } 
39.                     catch(Throwable throwable3) 
40.                       { 
41.                         throwable.addSuppressed(throwable3); 
42.                     } 
43.                 else 
44.                     br.close(); 
45.         throw exception; 
46.         IOException ioexception; 
47.         ioexception; 
48.     } 
49. } 

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。

糖块十二、Lambda表达式

关于lambda表达式，有人可能会有质疑，因为网上有人说他并不是语法糖。其实我想纠正下这个说法。

Labmda表达式不是匿名内部类的语法糖，但是他也是一个语法糖。实现方式其实是依赖了几个JVM底层提供的lambda相关api。

先来看一个简单的lambda表达式。遍历一个list：

 

1. public static void main(String... args) { 
2.     List strList = ImmutableList.of("Hollis", "公众号：Hollis", "博客：www.hollischuang.com"); 
3.  
4.     strList.forEach( s -> { System.out.println(s); } ); 
5. } 

为啥说他并不是内部类的语法糖呢，前面讲内部类我们说过，内部类在编译之后会有两个class文件，但是，包含lambda表达式的类编译后只有一个文件。

反编译后代码如下:

 

1. public static /* varargs */ void main(String ... args) { 
2.     ImmutableList strList = ImmutableList.of((Object)"Hollis", (Object)"\\u516c\\u4f17\\u53f7\\uff1aHollis", (Object)"\\u535a\\u5ba2\\uff1awww.hollischuang.com"); 
3.     strList.forEach((Consumer)LambdaMetafactory.metafactory(null, null, null, (Ljava/lang/Object;)V, lambda$main$0(java.lang.String ), (Ljava/lang/String;)V)()); 
4. } 
5.  
6. private static /* synthetic */ void lambda$main$0(String s) { 
7.     System.out.println(s); 
8. } 

可以看到，在forEach方法中，其实是调用了java.lang.invoke.LambdaMetafactory#metafactory方法，该方法的第四个参数implMethod指定了方法实现。可以看到这里其实是调用了一个lambda$main$0方法进行了输出。

再来看一个稍微复杂一点的，先对List进行过滤，然后再输出：

 

1. public static void main(String... args) { 
2.     List strList = ImmutableList.of("Hollis", "公众号：Hollis", "博客：www.hollischuang.com"); 
3.  
4.     List HollisList = strList.stream().filter(string -> string.contains("Hollis")).collect(Collectors.toList()); 
5.  
6.     HollisList.forEach( s -> { System.out.println(s); } ); 
7. } 

反编译后代码如下：

 

1. public static /* varargs */ void main(String ... args) { 
2.     ImmutableList strList = ImmutableList.of((Object)"Hollis", (Object)"\\u516c\\u4f17\\u53f7\\uff1aHollis", (Object)"\\u535a\\u5ba2\\uff1awww.hollischuang.com"); 
3.     List