Java语法糖的示例分析

这篇文章将为大家详细讲解有关Java语法糖的示例分析，小编觉得挺实用的，因此分享给大家做个参考，希望大家阅读完这篇文章后可以有所收获。

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。

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。
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。

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：

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 T SPRING;
  public static final T SUMMER;
  private static final T ENUM$VALUES[];
  static {
    SPRING = new T("SPRING", 0);
    SUMMER = new T("SUMMER", 1);
    ENUM$VALUES = (new T[] {
      SPRING, SUMMER
    });
  }
}

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。

public class OutterClass {
  private String userName;

  public String getUserName() {
    return userName;
  }

  public void setUserName(String userName) {
    this.userName = userName;
  }

  public static void main(String[] args) {

  }

  class InnerClass{
    private String name;

    public String getName() {
      return name;
    }

    public void setName(String name) {
      this.name = name;
    }
  }
}

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：

Parsing OutterClass.class...
Parsing inner class OutterClass$InnerClass.class...
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：

public class OutterClass {
  class InnerClass {
    public String getName() {
      return name;
    }
    public void setName(String name) {
      this.name = name;
    }
    private String name;
    final OutterClass this$0;

    InnerClass() {
      this.this$0 = OutterClass.this;
      super();
    }
  }

  public OutterClass() {
  }
  public String getUserName() {
    return userName;
  }
  public void setUserName(String userName) {
    this.userName = userName;
  }
  public static void main(String args1[]) {
  }
  private String userName;
}

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 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。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("公众号：Hollis");
    assert a != b : "Hollis";
    System.out.println("博客：www.hollischuang.com");
  }
}

反编译后代码如下：

public class AssertTest {
  public AssertTest() { }
  public static void main(String args[]) {
    int a = 1;
    int b = 1;
    if (!$assertionsDisabled && a != b)
      throw new AssertionError();
    System.out.println("\u516C\u4F17\u53F7\uFF1AHollis");
    if(!$assertionsDisabled && a == b) {
      throw new AssertionError("Hollis");
    } else {
      System.out.println("\u535A\u5BA2\uFF1Awww.hollischuang.com");
      return;
    }
  }
  static final boolean $assertionsDisabled = !com/hollis/suguar/AssertTest.desiredAssertionStatus();
}

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 = {"Hollis", "公众号：Hollis", "博客：www.hollischuang.com"};
  for (String s : strs) {
    System.out.println(s);
  }
  List<String> strList = ImmutableList.of("Hollis", "公众号：Hollis", "博客：www.hollischuang.com");
  for (String s : strList) {
    System.out.println(s);
  }
}

反编译后代码如下：

public static transient void main(String args[]) {
  String strs[] = {
    "Hollis", "\u516C\u4F17\u53F7\uFF1AHollis", "\u535A\u5BA2\uFF1Awww.hollischuang.com"
  };
  String args1[] = strs;
  int i = args1.length;
  for(int j = 0; j < i; j++) {
    String s = args1[j];
    System.out.println(s);
  }

  List strList = ImmutableList.of("Hollis", "\u516C\u4F17\u53F7\uFF1AHollis", "\u535A\u5BA2\uFF1Awww.hollischuang.com");
  String s;
  for(Iterator iterator = strList.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:\\hollischuang.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:\\ hollischuang.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。

反编译以上代码，看下他的背后原理：

public static transient void main(String args[])
  {
    BufferedReader br;
    Throwable throwable;
    br = new BufferedReader(new FileReader("d:\\ hollischuang.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。

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：

public static void main(String... args) {
  List<String> strList = ImmutableList.of("Hollis", "公众号：Hollis", "博客：www.hollischuang.com");

  strList.forEach( s -> { System.out.println(s); } );
}

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:

public static /* varargs */ void main(String ... args) {
  ImmutableList strList = ImmutableList.of((Object)"Hollis", (Object)"\u516c\u4f17\u53f7\uff1aHollis", (Object)"\u535a\u5ba2\uff1awww.hollischuang.com");
  strList.forEach((Consumer<String>)LambdaMetafactory.metafactory(null, null, null, (Ljava/lang/Object;)V, lambda$main$0(java.lang.String ), (Ljava/lang/String;)V)());
}

private static /* synthetic */ void lambda$main$0(String s) {
  System.out.println(s);
}

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：

public static void main(String... args) {
  List<String> strList = ImmutableList.of("Hollis", "公众号：Hollis", "博客：www.hollischuang.com");

  List HollisList = strList.stream().filter(string -> string.contains("Hollis")).collect(Collectors.toList());

  HollisList.forEach( s -> { System.out.println(s); } );
}

反编译后代码如下：

public static /* varargs */ void main(String ... args) {
  ImmutableList strList = ImmutableList.of((Object)"Hollis", (Object)"\u516c\u4f17\u53f7\uff1aHollis", (Object)"\u535a\u5ba2\uff1awww.hollischuang.com");
  List<Object> HollisList = strList.stream().filter((Predicate<String>)LambdaMetafactory.metafactory(null, null, null, (Ljava/lang/Object;)Z, lambda$main$0(java.lang.String ), (Ljava/lang/String;)Z)()).collect(Collectors.toList());
  HollisList.forEach((Consumer<Object>)LambdaMetafactory.metafactory(null, null, null, (Ljava/lang/Object;)V, lambda$main$1(java.lang.Object ), (Ljava/lang/Object;)V)());
}

private static /* synthetic */ void lambda$main$1(Object s) {
  System.out.println(s);
}

private static /* synthetic */ boolean lambda$main$0(String string) {
  return string.contains("Hollis");
}

两个lambda表达式分别调用了lambda1和lambda0两个方法。

所以，lambda表达式的实现其实是依赖了一些底层的api，在编译阶段，编译器会把lambda表达式进行解糖，转换成调用内部api的方式。

可能遇到的坑

泛型——当泛型遇到重载

public class GenericTypes {
  public static void method(List<String> list) { 
    System.out.println("invoke method(List<String> list)"); 
  } 

  public static void method(List<Integer> list) { 
    System.out.println("invoke method(List<Integer> 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另一个是List，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。

泛型——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

泛型——当泛型内包含静态变量

public class StaticTest{
  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);
  }
}
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。

增强for循环

for (Student stu : students) {  
  if (stu.getId() == 2)   
    students.remove(stu);  
}

会抛出ConcurrentModificationException异常。

Iterator是工作在一个独立的线程中，并且拥有一个 mutex 锁。 Iterator被创建之后会建立一个指向原来对象的单链索引表，当原来的对象数量发生变化时，这个索引表的内容不会同步改变，所以当索引指针往后移动的时候就找不到要迭代的对象，所以按照 fail-fast 原则 Iterator 会马上抛出java.util.ConcurrentModificationException异常。
所以 Iterator 在工作的时候是不允许被迭代的对象被改变的。但你可以使用 Iterator 本身的方法remove()来删除对象，Iterator.remove() 方法会在删除当前迭代对象的同时维护索引的一致性。

关于“Java语法糖的示例分析”这篇文章就分享到这里了，希望以上内容可以对大家有一定的帮助，使各位可以学到更多知识，如果觉得文章不错，请把它分享出去让更多的人看到。