与Java有关的12个语法糖(转发)

前言

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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,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

解语法糖

在Java中,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
Java中最常见的语法糖主要有 泛型变长参数条件编译自动拆装箱内部类 等。

糖块一、switch支持String与枚举

在以前,Java中的switch自身就支持基本类型,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。

从Java 7开始,switch开始支持String。

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(ASCII码是整型)以及int。

通过反编译可知:字符串的switch是通过equals()和hashCode()方法来实现的。hashCode()方法返回的是int,而不是long

注: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。

糖块二、泛型

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,它根本不认识Map 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。

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或者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。

在装箱的时候是通过自动调用的是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箱的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。

可变参数在被使用的时候,它首先会创建一个数组,数组的长度就是调用该方法时传递的实参的个数,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。

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。

糖块七、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中也可以实现条件编译。

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

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。

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__,需要在编译阶段把它去掉

糖块十、for-each

增强for循环(for-each)在日常开发经常会用到,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块里释放,即调用close方法。

而从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,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
        }
}

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

糖块十二、Lambda表达式

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

为何说它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。

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

一、泛型——当泛型遇到重载

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

    public static void method(List list){
        System.out.println("invoke method(List 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。因为参数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、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MyExceptionMyException的。

三、泛型——当泛型内包含静态变量

import java.util.List;

public class GenericTypes {

    public static void main(String[] args) {
        GT gti = new GT();
        gti.var = 1;
        GT gts = new GT();
        gts.var = 2;
        System.out.println(gti.var);
    }

}

class GT{

    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

四、自动装箱与拆箱——对象相等比较

import java.util.List;

public class GenericTypes {

    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。

五、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。

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