學(xué)好 Java 語法糖，基礎(chǔ)提升杠杠滴
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(qiáng) for 循環(huán)、try-with-resources 語法、lambda 表達(dá)式等，我們只覺得用的很爽，因?yàn)檫@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(jī)會，真是又香又甜。
語法糖指的是計(jì)算機(jī)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?yàn)?Java 代碼需要運(yùn)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(jī)制，但是泛型機(jī)制的本身是通過類型擦除?來實(shí)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(dú)特的 Class類型。如下代碼所示
List?aList?=?new?ArrayList();
List?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?yàn)椋?strong style="color: rgb(71, 193, 168);font-size: inherit;line-height: inherit;">泛型信息只存在于代碼編譯階段，在進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(shí)就是一種語法糖。這種語法糖使我們方便我們進(jìn)行數(shù)值運(yùn)算，如果沒有語法糖，在進(jìn)行數(shù)值運(yùn)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(shí)現(xiàn)的呢？
其實(shí)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(shí)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(jìn)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(yàn)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(shí)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(shí)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(shí)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
Java 語言中之所以引入內(nèi)部類，是因?yàn)橛行r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(xì)節(jié)。
內(nèi)部類其實(shí)也是一個語法糖，因?yàn)槠渲皇且粋€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(dú)的class 文件，名為 outer$innter.class。
下面我們就根據(jù)一個示例來驗(yàn)證一下。
public?class?OuterClass?{
????private?String?label;
????class?InnerClass?{
????????public?String?linkOuter(){
????????????return?label?=?"inner";
????????}
????}
????public?static?void?main(String[]?args)?{
????????OuterClass?outerClass?=?new?OuterClass();
????????InnerClass?innerClass?=?outerClass.new?InnerClass();
????????System.out.println(innerClass.linkOuter());
????}
}
上面這段編譯后就會生成兩個 class 文件，一個是?OuterClass.class?，一個是?OuterClass$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(shí)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(shí)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(qiáng) for 循環(huán)
為什么有了普通的 for 循環(huán)后，還要有增強(qiáng) 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(qiáng) for 循環(huán)與普通 for 循環(huán)相比，功能更強(qiáng)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(jìn)行遍歷。
增強(qiáng) for 循環(huán)的對象要么是一個數(shù)組，要么實(shí)現(xiàn)了 Iterable 接口。這個語法糖主要用來對數(shù)組或者集合進(jìn)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(qiáng)for循環(huán)對象為數(shù)組
????for(String?str?:?params){
????????System.out.println(str);
????}
????List?lists?=?Arrays.asList("hello","world");
????//增強(qiáng)for循環(huán)對象實(shí)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(qiáng)for退化為普通for
???for(int?str?=?0;?str????????String?str1?=?lists[str];
???????System.out.println(str1);
???}
???List?var6?=?Arrays.asList(new?String[]{"hello",?"world"});
???Iterator?var7?=?var6.iterator();
???//實(shí)現(xiàn)Iterable接口的增強(qiáng)for使用iterator接口進(jìn)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(jìn)行增強(qiáng) for 循環(huán)的話，其內(nèi)部還是對數(shù)組進(jìn)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(jìn)行增強(qiáng) 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(shí) 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(jìn)行 switch 的實(shí)際是 hashcode 進(jìn)行判斷，然后通過使用 equals 方法進(jìn)行比較，因?yàn)樽址锌赡軙a(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(shí)，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(shí)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(jìn)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(shí)現(xiàn)條件編譯，應(yīng)該怎樣做呢？
使用 final + if 的組合就可以實(shí)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(shí)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(shí)斷言的底層實(shí)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(jìn)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(shí)是一種語法糖，在編譯時會進(jìn)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(shí)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(jìn)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?yàn)?= 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(jìn)行字符串拼接會直接轉(zhuǎn)換為 StringBuilder ，調(diào)用其 append 方法進(jìn)行拼接，最后再調(diào)用 toString() 方法轉(zhuǎn)換成字符串。
而由于 s5 進(jìn)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(jìn)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(jìn)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。
我們要在敞開懷抱擁抱變化的同時也要掌握其?屠龍之技。
