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语法糖
语法糖#xff08;Syntactic Sugar#xff09;#xff0c;也称糖衣语法#xff0c;是由英国计算机学家 Peter.J.Landin 发明的一个术语#xff0c;指在计算机语言中添加的某种语法#xff0c;这种语法对…什么是语法糖Java中有哪些语法糖
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。
糖块介绍
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。shortchar(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。
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MapString, 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 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。移除所有的类型参数。 以下代码 MapString, String map new HashMapString, String();
map.put(name, h);
map.put(wechat, s);
map.put(blog, m); 解语法糖之后会变成 Map map new HashMap();
map.put(name, h);
map.put(wechat, s);
map.put(blog, m); 以下代码 public static A extends ComparableA A max(CollectionA xs) {IteratorA 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.class或是List.class而只有List.class。
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。
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();}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[] {});
}// transient 不能修饰方法这里应该是反编译错误了
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。
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$VALUES, 0, at1 new T[i at.length], 0, i);return at1;}public static T valueOf(String s){return (T)Enum.valueOf(demo/T, s);}public static final T SPRING;public static final T SUMMER;private static final T ENUM$VALUES[];static{SPRING new T(SPRING, 0);SUMMER new T(SUMMER, 1);ENUM$VALUES (new T[] {SPRING, SUMMER});}
}通过反编译后代码我们可以看到public final class T extends Enum说明该类是继承了Enum类的同时final关键字告诉我们这个类也是不能被继承的。 当我们使用enmu来定义一个枚举类型的时候编译器会自动帮我们创建一个final类型的类继承Enum类所以枚举类型不能被继承。
内部类 内部类又称为嵌套类可以把内部类理解为外部类的一个普通成员。 内部类之所以也是语法糖是因为它仅仅是一个编译时的概念。 outer.java里面定义了一个内部类inner一旦编译成功就会生成两个完全不同的.class文件了分别是outer.class和outer$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$0 OutterClass.this;super();}}public OutterClass(){}public String getUserName(){return userName;}public void setUserName(String userName){this.userName userName;}public static void main(String args1[]){}private String userName;
}条件编译 —般情况下程序中的每一行代码都要参加编译。但有时候出于对程序代码优化的考虑希望只对其中一部分内容进行编译此时就需要在程序中加上条件让编译器只对满足条件的代码进行编译将不满足条件的代码舍弃这就是条件编译。 如在C或CPP中可以通过预处理语句来实现条件编译。其实在Java中也可实现条件编译。我们先来看一段代码 public class ConditionalCompilation {public static void main(String[] args) {final boolean DEBUG true;if(DEBUG) {System.out.println(Hello, DEBUG!);}final boolean ONLINE false;if(ONLINE){System.out.println(Hello, ONLINE!);}}
}反编译后代码如下 public class ConditionalCompilation
{public ConditionalCompilation(){}public static void main(String args[]){boolean DEBUG true;System.out.println(Hello, DEBUG!);boolean ONLINE false;}
}首先我们发现在反编译后的代码中没有System.out.println(“Hello, ONLINE!”);这其实就是条件编译。 当if(ONLINE)为false的时候编译器就没有对其内的代码进行编译。 所以Java语法的条件编译是通过判断条件为常量的if语句实现的。根据if判断条件的真假编译器直接把分支为false的代码块消除。通过该方式实现的条件编译必须在方法体内实现而无法在正整个Java类的结构或者类的属性上进行条件编译。 这与C/C的条件编译相比确实更有局限性。在Java语言设计之初并没有引入条件编译的功能虽有局限但是总比没有更强。
断言 在Java中assert关键字是从JAVA SE 1.4 引入的为了避免和老版本的Java代码中使用了assert关键字导致错误Java在执行的时候默认是不启动断言检查的这个时候所有的断言语句都将忽略。 如果要开启断言检查则需要用开关-enableassertions或-ea来开启。 看一段包含断言的代码 public class AssertTest {public static void main(String args[]) {int a 1;int b 1;assert a b;assert a ! b : ;}
}反编译后代码如下 public class AssertTest {public AssertTest(){}public static void main(String args[])
{int a 1;int b 1;if(!$assertionsDisabled a ! b)throw new AssertionError();{throw new AssertionError(H);} else{return;}
}static final boolean $assertionsDisabled !com/hs/suguar/AssertTest.desiredAssertionStatus();}很明显反编译之后的代码要比我们自己的代码复杂的多。所以使用了assert这个语法糖我们节省了很多代码。 其实断言的底层实现就是if语言如果断言结果为true则什么都不做程序继续执行如果断言结果为false则程序抛出AssertError来打断程序的执行。 -enableassertions会设置$assertionsDisabled字段的值。
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。
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.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。
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:\\g.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:\\g.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:\\ g.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);}elsebr.close();break MISSING_BLOCK_LABEL_113;Exception exception;exception;if(br ! null)if(throwable ! null)try{br.close();}catch(Throwable throwable3){throwable.addSuppressed(throwable3);}elsebr.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。
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。ambda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(ListString list) { System.out.println(invoke method(ListString list)); } public static void method(ListInteger list) { System.out.println(invoke method(ListInteger 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和MyException的
泛型——当泛型内包含静态变量 public class StaticTest{public static void main(String[] args){GTInteger gti new GTInteger();gti.var1;GTString gts new GTString();gts.var2;System.out.println(gti.var);}
}
class GTT{public static int var0;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。
总结
前面介绍了12种Java中常用的语法糖。由于篇幅问题其他还有一些常见的语法糖比如字符串拼接其实基于 StringBuilderJava10 里面的 var 关键字声明局部变量采用的是智能类型推断这里就不提了。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。要想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渡使用。使用之前最好了解下原理避免掉坑。
