• 关于Java中常用的语法糖深度解析


    一.什么是语法糖

    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。

    二.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。

    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<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。

    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。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。

    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,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,

    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。

    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。

    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。

    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。

    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?

    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。

    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,

    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。

    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。

    三.总结

    前面介绍了12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。

    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。

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