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我們在日常開發(fā)中經(jīng)常會使用到諸如泛型、自動拆箱和裝箱、內(nèi)部類、增強 for 循環(huán)、try-with-resources 語法、lambda 表達式等，我們只覺得用的很爽，因為這些特性能夠幫助我們減輕開發(fā)工作量;但我們未曾認(rèn)真研究過這些特性的本質(zhì)是什么，那么這篇文章，cxuan 就來為你揭開這些特性背后的真相。

語法糖

在聊之前我們需要先了解一下 語法糖 的概念：語法糖(Syntactic sugar)，也叫做糖衣語法，是英國科學(xué)家發(fā)明的一個術(shù)語，通常來說使用語法糖能夠增加程序的可讀性，從而減少程序代碼出錯的機會，真是又香又甜。

語法糖指的是計算機語言中添加的某種語法，這種語法對語言的功能并沒有影響，但是更方便程序員使用。因為 Java 代碼需要運行在 JVM 中，JVM 是并不支持語法糖的，語法糖在程序編譯階段就會被還原成簡單的基礎(chǔ)語法結(jié)構(gòu)，這個過程就是解語法糖。所以在 Java 中，真正支持語法糖的是 Java 編譯器，真是換湯不換藥，萬變不離其宗，關(guān)了燈都一樣。。。。。。

下面我們就來認(rèn)識一下 Java 中的這些語法糖

泛型

泛型是一種語法糖。在 JDK1.5 中，引入了泛型機制，但是泛型機制的本身是通過類型擦除 來實現(xiàn)的，在 JVM 中沒有泛型，只有普通類型和普通方法，泛型類的類型參數(shù)，在編譯時都會被擦除。泛型并沒有自己獨特的 Class類型。如下代碼所示

List<Integer> aList = new ArrayList(); 
List<String> bList = new ArrayList(); 
 
System.out.println(aList.getClass() == bList.getClass()); 

List 和 List 被認(rèn)為是不同的類型，但是輸出卻得到了相同的結(jié)果，這是因為，泛型信息只存在于代碼編譯階段，在進入 JVM 之前，與泛型相關(guān)的信息會被擦除掉，專業(yè)術(shù)語叫做類型擦除。但是，如果將一個 Integer 類型的數(shù)據(jù)放入到 List 中或者將一個 String 類型的數(shù)據(jù)放在 List 中是不允許的。

如下圖所示

無法將一個 Integer 類型的數(shù)據(jù)放在 List 和無法將一個 String 類型的數(shù)據(jù)放在 List 中是一樣會編譯失敗。

自動拆箱和自動裝箱

自動拆箱和自動裝箱是一種語法糖，它說的是八種基本數(shù)據(jù)類型的包裝類和其基本數(shù)據(jù)類型之間的自動轉(zhuǎn)換。簡單的說，裝箱就是自動將基本數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換為包裝器類型;拆箱就是自動將包裝器類型轉(zhuǎn)換為基本數(shù)據(jù)類型。

我們先來了解一下基本數(shù)據(jù)類型的包裝類都有哪些

也就是說，上面這些基本數(shù)據(jù)類型和包裝類在進行轉(zhuǎn)換的過程中會發(fā)生自動裝箱/拆箱，例如下面代碼

Integer integer = 66; // 自動拆箱 
 
int i1 = integer;   // 自動裝箱 

上面代碼中的 integer 對象會使用基本數(shù)據(jù)類型來進行賦值，而基本數(shù)據(jù)類型 i1 卻把它賦值給了一個對象類型，一般情況下是不能這樣操作的，但是編譯器卻允許我們這么做，這其實就是一種語法糖。這種語法糖使我們方便我們進行數(shù)值運算，如果沒有語法糖，在進行數(shù)值運算時，你需要先將對象轉(zhuǎn)換成基本數(shù)據(jù)類型，基本數(shù)據(jù)類型同時也需要轉(zhuǎn)換成包裝類型才能使用其內(nèi)置的方法，無疑增加了代碼冗余。

那么自動拆箱和自動裝箱是如何實現(xiàn)的呢?

其實這背后的原理是編譯器做了優(yōu)化。將基本類型賦值給包裝類其實是調(diào)用了包裝類的 valueOf() 方法創(chuàng)建了一個包裝類再賦值給了基本類型。

int i1 = Integer.valueOf(1); 

而包裝類賦值給基本類型就是調(diào)用了包裝類的 xxxValue() 方法拿到基本數(shù)據(jù)類型后再進行賦值。

Integer i1 = new Integer(1).intValue();  

我們使用 javap -c 反編譯一下上面的自動裝箱和自動拆箱來驗證一下

可以看到，在 Code 2 處調(diào)用 invokestatic 的時候，相當(dāng)于是編譯器自動為我們添加了一下 Integer.valueOf 方法從而把基本數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換為了包裝類型。

在 Code 7 處調(diào)用了 invokevirtual 的時候，相當(dāng)于是編譯器為我們添加了 Integer.intValue() 方法把 Integer 的值轉(zhuǎn)換為了基本數(shù)據(jù)類型。

枚舉

我們在日常開發(fā)中經(jīng)常會使用到 enum 和 public static final ... 這類語法。那么什么時候用 enum 或者是 public static final 這類常量呢?好像都可以。

但是在 Java 字節(jié)碼結(jié)構(gòu)中，并沒有枚舉類型。枚舉只是一個語法糖，在編譯完成后就會被編譯成一個普通的類，也是用 Class 修飾。這個類繼承于 java.lang.Enum，并被 final 關(guān)鍵字修飾。

我們舉個例子來看一下

public enum School { 
    STUDENT, 
    TEACHER; 
} 

這是一個 School 的枚舉，里面包括兩個字段，一個是 STUDENT ，一個是 TEACHER，除此之外并無其他。

下面我們使用 javap 反編譯一下這個 School.class 。反編譯完成之后的結(jié)果如下

從圖中我們可以看到，枚舉其實就是一個繼承于 java.lang.Enum 類的 class 。而里面的屬性 STUDENT 和 TEACHER 本質(zhì)也就是 public static final 修飾的字段。這其實也是一種編譯器的優(yōu)化，畢竟 STUDENT 要比 public static final School STUDENT 的美觀性、簡潔性都要好很多。

除此之外，編譯器還會為我們生成兩個方法，values() 方法和 valueOf 方法，這兩個方法都是編譯器為我們添加的方法，通過使用 values() 方法可以獲取所有的 Enum 屬性值，而通過 valueOf 方法用于獲取單個的屬性值。

注意，Enum 的 values() 方法不屬于 JDK API 的一部分，在 Java 源碼中，沒有 values() 方法的相關(guān)注釋。

用法如下

public enum School { 
 
    STUDENT("Student"), 
    TEACHER("Teacher"); 
 
    private String name; 
 
    School(String name){ 
        this.name = name; 
    } 
 
    public String getName() { 
        return name; 
    } 
 
    public static void main(String[] args) { 
 
        System.out.println(School.STUDENT.getName()); 
 
        School[] values = School.values(); 
        for(School school : values){ 
            System.out.println("name = "+ school.getName()); 
        } 
 
    } 
} 

內(nèi)部類

內(nèi)部類是 Java 一個小眾 的特性，我之所以說小眾，并不是說內(nèi)部類沒有用，而是我們?nèi)粘ｉ_發(fā)中其實很少用到，但是翻看 JDK 源碼，發(fā)現(xiàn)很多源碼中都有內(nèi)部類的構(gòu)造。比如常見的 ArrayList 源碼中就有一個 Itr 內(nèi)部類繼承于 Iterator 類;再比如 HashMap 中就構(gòu)造了一個 Node 繼承于 Map.Entry 來表示 HashMap 的每一個節(jié)點。

Java 語言中之所以引入內(nèi)部類，是因為有些時候一個類只想在一個類中有用，不想讓其在其他地方被使用，也就是對外隱藏內(nèi)部細節(jié)。

內(nèi)部類其實也是一個語法糖，因為其只是一個編譯時的概念，一旦編譯完成，編譯器就會為內(nèi)部類生成一個單獨的class 文件，名為 outer$innter.class。

下面我們就根據(jù)一個示例來驗證一下。

public class OuterClass { 
 
    private String label; 
 
    class InnerClass { 
 
        public String linkOuter(){ 
            return label = "inner"; 
        } 
 
    } 
    public static void main(String[] args) { 
 
        OuterClass outerClass = new OuterClass(); 
        InnerClass innerClass = outerClass.new InnerClass(); 
        System.out.println(innerClass.linkOuter()); 
 
    } 
} 

上面這段編譯后就會生成兩個 class 文件，一個是 OuterClass.class ，一個是 OuterClass$InnerClass.class ，這就表明，外部類可以鏈接到內(nèi)部類，內(nèi)部類可以修改外部類的屬性等。

我們來看一下內(nèi)部類編譯后的結(jié)果

如上圖所示，內(nèi)部類經(jīng)過編譯后的 linkOuter() 方法會生成一個指向外部類的 this 引用，這個引用就是連接外部類和內(nèi)部類的引用。

變長參數(shù)

變長參數(shù)也是一個比較小眾的用法，所謂變長參數(shù)，就是方法可以接受長度不定確定的參數(shù)。一般我們開發(fā)不會使用到變長參數(shù)，而且變長參數(shù)也不推薦使用，它會使我們的程序變的難以處理。但是我們有必要了解一下變長參數(shù)的特性。

其基本用法如下

public class VariableArgs { 
 
    public static void printMessage(String... args){ 
        for(String str : args){ 
            System.out.println("str = " + str); 
        } 
    } 
 
    public static void main(String[] args) { 
        VariableArgs.printMessage("l","am","cxuan"); 
    } 
} 

變長參數(shù)也是一種語法糖，那么它是如何實現(xiàn)的呢?我們可以猜測一下其內(nèi)部應(yīng)該是由數(shù)組構(gòu)成，否則無法接受多個值，那么我們反編譯看一下是不是由數(shù)組實現(xiàn)的。

可以看到，printMessage() 的參數(shù)就是使用了一個數(shù)組來接收，所以千萬別被變長參數(shù)忽悠了!

變長參數(shù)特性是在 JDK 1.5 中引入的，使用變長參數(shù)有兩個條件，一是變長的那一部分參數(shù)具有相同的類型，二是變長參數(shù)必須位于方法參數(shù)列表的最后面。

增強 for 循環(huán)

為什么有了普通的 for 循環(huán)后，還要有增強 for 循環(huán)呢?想一下，普通 for 循環(huán)你不是需要知道遍歷次數(shù)?每次還需要知道數(shù)組的索引是多少，這種寫法明顯有些繁瑣。增強 for 循環(huán)與普通 for 循環(huán)相比，功能更強并且代碼更加簡潔，你無需知道遍歷的次數(shù)和數(shù)組的索引即可進行遍歷。

增強 for 循環(huán)的對象要么是一個數(shù)組，要么實現(xiàn)了 Iterable 接口。這個語法糖主要用來對數(shù)組或者集合進行遍歷，其在循環(huán)過程中不能改變集合的大小。

public static void main(String[] args) { 
    String[] params = new String[]{"hello","world"}; 
    //增強for循環(huán)對象為數(shù)組 
    for(String str : params){ 
        System.out.println(str); 
    } 
 
    List<String> lists = Arrays.asList("hello","world"); 
    //增強for循環(huán)對象實現(xiàn)Iterable接口 
    for(String str : lists){ 
        System.out.println(str); 
    } 
} 

經(jīng)過編譯后的 class 文件如下

public static void main(String[] args) { 
   String[] params = new String[]{"hello", "world"}; 
   String[] lists = params; 
   int var3 = params.length; 
   //數(shù)組形式的增強for退化為普通for 
   for(int str = 0; str < var3; ++str) { 
       String str1 = lists[str]; 
       System.out.println(str1); 
   } 
 
   List var6 = Arrays.asList(new String[]{"hello", "world"}); 
   Iterator var7 = var6.iterator(); 
   //實現(xiàn)Iterable接口的增強for使用iterator接口進行遍歷 
   while(var7.hasNext()) { 
       String var8 = (String)var7.next(); 
       System.out.println(var8); 
   } 
 
} 

如上代碼所示，如果對數(shù)組進行增強 for 循環(huán)的話，其內(nèi)部還是對數(shù)組進行遍歷，只不過語法糖把你忽悠了，讓你以一種更簡潔的方式編寫代碼。

而對繼承于 Iterator 迭代器進行增強 for 循環(huán)遍歷的話，相當(dāng)于是調(diào)用了 Iterator 的 hasNext() 和 next() 方法。

Switch 支持字符串和枚舉

switch 關(guān)鍵字原生只能支持整數(shù)類型。如果 switch 后面是 String 類型的話，編譯器會將其轉(zhuǎn)換成 String 的hashCode 的值，所以其實 switch 語法比較的是 String 的 hashCode 。

如下代碼所示

public class SwitchCaseTest { 
 
    public static void main(String[] args) { 
 
        String str = "cxuan"; 
        switch (str){ 
            case "cuan": 
                System.out.println("cuan"); 
                break; 
            case "xuan": 
                System.out.println("xuan"); 
                break; 
            case "cxuan": 
                System.out.println("cxuan"); 
                break; 
            default: 
                break; 
        } 
    } 
} 

我們反編譯一下，看看我們的猜想是否正確

根據(jù)字節(jié)碼可以看到，進行 switch 的實際是 hashcode 進行判斷，然后通過使用 equals 方法進行比較，因為字符串有可能會產(chǎn)生哈希沖突的現(xiàn)象。

條件編譯

這個又是讓小伙伴們摸不著頭腦了，什么是條件編譯呢?其實，如果你用過 C 或者 C++ 你就知道可以通過預(yù)處理語句來實現(xiàn)條件編譯。

那么什么是條件編譯呢?

一般情況下，源程序中所有的行都參加編譯。但有時希望對其中一部分內(nèi)容只在滿足一定條件下才進行編譯，即對一部分內(nèi)容指定編譯條件，這就是 條件編譯(conditional compile)。

#define DEBUG   
#IFDEF DEBUUG   
  /*  
   code block 1  
   */    
#ELSE   
  /*  
   code block 2  
  */   
#ENDIF   

但是在 Java 中沒有預(yù)處理和宏定義這些內(nèi)容，那么我們想實現(xiàn)條件編譯，應(yīng)該怎樣做呢?

使用 final + if 的組合就可以實現(xiàn)條件編譯了。如下代碼所示

public static void main(String[] args) {   
  final boolean DEBUG = true;   
  if (DEBUG) {   
    System.out.println("Hello, world!");   
  }  else { 
    System.out.println("nothing"); 
  } 
}   

這段代碼會發(fā)生什么?我們反編譯看一下

我們可以看到，我們明明是使用了 if …else 語句，但是編譯器卻只為我們編譯了 DEBUG = true 的條件，

所以，Java 語法的條件編譯，是通過判斷條件為常量的 if 語句實現(xiàn)的，編譯器不會為我們編譯分支為 false 的代碼。

斷言

你在 Java 中使用過斷言作為日常的判斷條件嗎?

斷言：也就是所謂的 assert 關(guān)鍵字，是 jdk 1.4 后加入的新功能。它主要使用在代碼開發(fā)和測試時期，用于對某些關(guān)鍵數(shù)據(jù)的判斷，如果這個關(guān)鍵數(shù)據(jù)不是你程序所預(yù)期的數(shù)據(jù)，程序就提出警告或退出。當(dāng)軟件正式發(fā)布后，可以取消斷言部分的代碼。它也是一個語法糖嗎?現(xiàn)在我不告訴你，我們先來看一下 assert 如何使用。

//這個成員變量的值可以變，但最終必須還是回到原值5   
static int i = 5;   
public static void main(String[] args) {   
  assert i == 5;   
  System.out.println("如果斷言正常，我就被打印");   
}  

如果要開啟斷言檢查，則需要用開關(guān) -enableassertions 或 -ea 來開啟。其實斷言的底層實現(xiàn)就是 if 判斷，如果斷言結(jié)果為 true，則什么都不做，程序繼續(xù)執(zhí)行，如果斷言結(jié)果為 false，則程序拋出 AssertError 來打斷程序的執(zhí)行。

assert 斷言就是通過對布爾標(biāo)志位進行了一個 if 判斷。

try-with-resources

JDK 1.7 開始，java引入了 try-with-resources 聲明，將 try-catch-finally 簡化為 try-catch，這其實是一種語法糖，在編譯時會進行轉(zhuǎn)化為 try-catch-finally 語句。新的聲明包含三部分：try-with-resources 聲明、try 塊、catch 塊。它要求在 try-with-resources 聲明中定義的變量實現(xiàn)了 AutoCloseable 接口，這樣在系統(tǒng)可以自動調(diào)用它們的 close 方法，從而替代了 finally 中關(guān)閉資源的功能。

如下代碼所示

public class TryWithResourcesTest { 
 
    public static void main(String[] args) { 
        try(InputStream inputStream = new FileInputStream(new File("xxx"))) { 
            inputStream.read(); 
        }catch (Exception e){ 
            e.printStackTrace(); 
        } 
    } 
} 

我們可以看一下 try-with-resources 反編譯之后的代碼

可以看到，生成的 try-with-resources 經(jīng)過編譯后還是使用的 try…catch…finally 語句，只不過這部分工作由編譯器替我們做了，這樣能讓我們的代碼更加簡潔，從而消除樣板代碼。

字符串相加

這個想必大家應(yīng)該都知道，字符串的拼接有兩種，如果能夠在編譯時期確定拼接的結(jié)果，那么使用 + 號連接的字符串會被編譯器直接優(yōu)化為相加的結(jié)果，如果編譯期不能確定拼接的結(jié)果，底層會直接使用 StringBuilder 的 append 進行拼接，如下圖所示。

public class StringAppendTest { 
 
    public static void main(String[] args) { 
        String s1 = "I am " + "cxuan"; 
        String s2 = "I am " + new String("cxuan"); 
        String s3 = "I am "; 
        String s4 = "cxuan"; 
        String s5 = s3 + s4; 
 
    } 
} 

上面這段代碼就包含了兩種字符串拼接的結(jié)果，我們反編譯看一下

首先來看一下 s1 ，s1 因為 = 號右邊是兩個常量，所以兩個字符串拼接會被直接優(yōu)化成為 I am cxuan。而 s2 由于在堆空間中分配了一個 cxuan 對象，所以 + 號兩邊進行字符串拼接會直接轉(zhuǎn)換為 StringBuilder ，調(diào)用其 append 方法進行拼接，最后再調(diào)用 toString() 方法轉(zhuǎn)換成字符串。

而由于 s5 進行拼接的兩個對象在編譯期不能判定其拼接結(jié)果，所以會直接使用 StringBuilder 進行拼接。

學(xué)習(xí)語法糖的意義

互聯(lián)網(wǎng)時代，有很多標(biāo)新立異的想法和框架層出不窮，但是，我們對于學(xué)習(xí)來說應(yīng)該抓住技術(shù)的核心。然而，軟件工程是一門協(xié)作的藝術(shù)，對于工程來說如何提高工程質(zhì)量，如何提高工程效率也是我們要關(guān)注的，既然這些語法糖能輔助我們以更好的方式編寫備受歡迎的代碼，我們程序員為什么要 抵制 呢?

語法糖也是一種進步，這就和你寫作文似的，大白話能把故事講明白的它就沒有語言優(yōu)美、酣暢淋漓的把故事講生動的更令人喜歡。

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