目录
面试回答
语法糖(Syntactic sugar),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。
虽然 Java 中有很多语法糖,但是 Java 虚拟机并不支持这些语法糖,所以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,这样才能被虚拟机识别,这个过程就是解语法糖。
如果看过 Java 虚拟机的源码,就会发现在编译过程中有一个重要的步骤就是调用 desugar() ,这个方法就是负责解语法糖的实现。
常见的语法糖有 switch 支持枚举及字符串、泛型、条件编译、断言、可变参数、自动装箱/拆箱、枚举、内部类、增强 for 循环、try-with-resources 语句、lambda 表达式等。
知识扩展
如何解语法糖?
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 .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。
糖块一、swith 支持 String 与枚举
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 swith
开始支持 String
。
在开始 coding 之前先科普下,Java 中的 switch
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
以及int
(ascii 码是整型)。
那么接下来看下 switch
对 String
的支持,如以下代码:
public class main {
public static void main(String[] args) {
String str="word";
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 main
{
public main()
{
}
public static void main(String args[])
{
String str = "word";
String s = str;
byte byte0 = -1;
switch(s.hashCode())
{
case 99162322:
if(s.equals("hello"))
byte0 = 0;
break;
case 113318802:
if(s.equals("world"))
byte0 = 1;
break;
}
switch(byte0)
{
case 0: // '\0'
System.out.println("hello");
break;
case 1: // '\001'
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。将多种泛型类型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","tango");
map.put("wechat","Tango");
map.put("blog","https://www.baidu.com");
解语法糖之后会变成:
Map map = new HashMap();
map.put("name", "tango");
map.put("wechat", "Tango");
map.put("blog", "https://www.baidu.com");
以下代码:
public static <A extends Comparable<A>> A max(Collection<A> xs) {
Iterator<A> xi = xs.iterator();
A w = (Comparable)xi.next();
while(xi.hasNext()) {
A x = (Comparable)xi.next();
if (w.compareTo(x) < 0) {
w = x;
}
}
return w;
}
类型擦除之后会变成:
public static Comparable max(Collection xs)
{
Iterator xi = xs.iterator();
Comparable w = (Comparable)xi.next();
do
{
if(!xi.hasNext())
break;
Comparable x = (Comparable)xi.next();
if(w.compareTo(x) < 0)
w = x;
} while(true);
return w;
}
虚拟机中没有泛型,只有普通类和普通方法,所欲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 的对象,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 boolan 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 = 0;
Integer n = i;
}
反编译后代码如下:
public static void main(String args[])
{
int i = 0;
Integer n = Integer.valueOf(i);
}
再来看个自动拆箱的代码:
public static void main(String[] args) {
Integer n = 0;
int i = n;
}
反编译后代码如下:
public static void main(String args[])
{
Integer n = Integer.valueOf(0);
int i = n.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
方法。而在拆箱的时候自动调用的是 Integer
的 intValue
的方法。
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、枚举
在 Java 中,枚举是一种特殊的数据类型,用于表示有限的一组常量。枚举常量是在枚举类型中定义的,每个常量都是该类型的一个实例。Java 中的枚举类型是一种安全而优雅的方式来表示有限的一组值。
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,反编译后代码如下:
public final class t extends Enum
{
public static t[] values()
{
return (t[])$VALUES.clone();
}
public static t valueOf(String name)
{
return (t)Enum.valueOf(com/chiyi/test/t, name);
}
private t(String s, int i)
{
super(s, i);
}
public static final t SPRING;
public static final t SUMMER;
private static final t $VALUES[];
static
{
SPRING = new t("SPRING", 0);
SUMMER = new t("SUMMER", 1);
$VALUES = (new t[] {
SPRING, SUMMER
});
}
}
通过反编译代码我们可以看到,public final class t extends Enum
,说明,该类是继承了 Enum
类的,同时 final
关键字告诉我们,这个类也是不能被继承的。当我们使用 enum 来定义一个枚举类型的时候,编译器会自动帮我们创建一个 final
类型的类继承 Enum
类,所以枚举类型不能被继承。
糖块五、条件编译
一般情况下,程序中的每一行代码都要参加编译。但有时候出于对程序代码优化的考虑,希望只对其中一部分内容进行编译,此时就需要在程序中加上条件,让编译器只对满足条件的代码进行编译,将不满足条件的代码舍弃,这就是条件编译。
如在 C 或 CPP 中,可以通过预处理语句来实现条件编译。其实在 Java 中也可实现条件编译。我们先来看一段代码:
public static void main(String[] args) {
final boolean DEBUG=true;
if (DEBUG){
System.out.println("Hello,DEBUG!");
}
final boolean ONLINE=false;
if (ONLINE){
System.out.println("Hello,ONLINE!");
}
}
反编译后代码如下:
public static void main(String args[])
{
boolean DEBUG = true;
System.out.println("Hello,DEBUG!");
boolean ONLINE = false;
}
首先,我们发现,在反编译后的代码中没有 System.out.println("Hello,ONLINE!");
,这其实就是条件编译。当 if (ONLINE)
为 false 的时候。编译器就没有对其内的代码进行编译。
所以,Java 语法的条件编译,是通过判断条件为常量的 if 语句实现的。其原理也是 Java 语言的语法糖。根据 if 判断条件的真假,编译器直接把分支为 false 的代码块消除。通过该方式实现的条件编译,必须在方法体内实现,而无法在整个 Java 类的结构或类的属性上进行条件编译,这与 C/C++ 的条件编译相比,确实更有局限性。在 Java 语言设计之初并没有引入条件编译的功能。虽有局限,但是总比没有更强、
糖块六、断言
在 Java 中, assert
关键字是从 JAVA SE 1.4 引入的,为了避免和老版本的 Java 代码中使用了 assert 关键字导致错误, Java 执行的时候默认是不启动断言检查的(这个时候,所有的断言语句都将忽略!),如果要开启断言检查,则需要用开关 -enableassertions
或 -ea
来开启。
看一段包含断言的代码:
public static void main(String[] args) {
int a = 1;
int b = 1;
assert a == b;
System.out.println("公众号:Tango");
assert a != b : "Tango";
System.out.println("百度:https://www.baidu.com");
}
反编译后代码如下:
public static void main(String args[])
{
int a = 1;
int b = 1;
if(!$assertionsDisabled && a != b)
throw new AssertionError();
System.out.println("\u516C\u4F17\u53F7\uFF1ATango");
if(!$assertionsDisabled && a == b)
{
throw new AssertionError("Tango");
} else
{
System.out.println("\u767E\u5EA6\uFF1Ahttps://www.baidu.com");
return;
}
}
很明显,反编译之后的代码要比我们自己的代码复杂得多。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 语句,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。
糖块七、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 static void main(String[] args) {
int i=10_000;
System.out.println(i);
}
反编译后:
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的 _
,需要在编译阶段把他去掉。
糖块八、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,它会比 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={"南京","合肥","深圳","北京"};
for (String s:strs){
System.out.println(s);
}
List<String> strings= ImmutableList.of("南京","合肥","深圳","北京") ;
for (String s:strings){
System.out.println(s);
}
}
反编译后代码如下:
public static void main(String args[])
{
String strs[] = {
"\u5357\u4EAC", "\u5408\u80A5", "\u6DF1\u5733", "\u5317\u4EAC"
};
String args1[] = strs;
int i = args1.length;
for(int j = 0; j < i; j++)
{
String s = args1[j];
System.out.println(s);
}
List strings = ImmutableList.of("\u5357\u4EAC", "\u5408\u80A5", "\u6DF1\u5733", "\u5317\u4EAC");
String s;
for(Iterator iterator = strings.iterator(); iterator.hasNext(); System.out.println(s))
s = (String)iterator.next();
}
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。
糖块九、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 close 方法将其关闭,否则资源会一直处于打开状态,可能会导致内存泄漏等问题。
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:\\youth\\java\\javacode\\base\\src\\main\\resources\\application.properties"));
while ((line = br.readLine()) != null) {
System.out.println(line);
}
} catch (
IOException e) {
} finally {
try {
if (br != null) {
br.close();
}
} catch (IOException ex) {
//handle exception
}
}
}
在 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:\\tango.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 void main(String args[])
{
BufferedReader br;
Throwable throwable;
br = new BufferedReader(new FileReader("D:\\tango.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作用,但最终还是要转成编译器认识的语言。
可能遇到的坑
泛型
一、当泛型遇到重载
比如:
public static void print(List<String> list){
System.out.println("invoke print(List<String> list)");
}
public static void print(List<Integer> list){
System.out.println("invoke print(List<String> list)");
}
上面这段代码,有两个重载的函数,因为他们的参数类型不同,一个是 List<String>,另一个是 List<Integer>,但是,这段代码是编译通不过的。因为我们前面讲过,参数 List 和 List 编译之后都被擦除了,变成了一样的原生类型 List,擦除动作导致这两个方法的特征签名变得一模一样。
二、当泛型遇到 catch 泛型的类型参数不能用在 Java 异常处理的 catch 语句中。因为异常处理是由 JVM 在运行时刻来进行的。由于类型信息被擦除,JVM 是无法区分两个异常类型 MyException<String>
和 MyException<Integer>
的。
三、当泛型内含静态变量
public static void main(String[] args) {
GT<Integer> gti=new GT<Integer>();
gti.var=1;
GT<String> gts=new GT<String>();
gts.var=2;
System.out.println(gti.var);
}
static class GT<T>{
public static int var=0;
public void nothing(T x){}
}
以上代码输出结果为:2!由于经过类型擦除,所有的泛型类实例都关联到同一份字节码上,泛型类的所有静态变量是共享的。
自动装箱与拆箱
对象相等比较
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));
}
输出结果:
a == b is false
c == d is true
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。
总结
前面介绍了 9 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。想要被执行,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度使用。使用之前最好了解下原理,避免掉坑。