做者：Hollisjava
本文从 Java 编译原理角度，深刻字节码及 class 文件，抽丝剥茧，了解 Java 中的语法糖原理及用法，帮助你们在学会如何使用 Java 语法糖的同时，了解这些语法糖背后的原理程序员
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无影响，可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。数据库
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，篇幅有限这里不作扩展了。编程
咱们所熟知的编程语言中几乎都有语法糖。做者认为，语法糖的多少是评判一个语言够不够牛逼的标准之一。api
不少人说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类糖，主要是在“Project Coin”项目下研发。尽管如今Java有人仍是认为如今的Java是低糖，将来还会持续向着“高糖”的方向发展。数组
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。缓存
说到编译，你们确定都知道，Java语言中，javac命令能够将后缀名为.java的源文件编译为后缀名为.class的能够运行于Java虚拟机的字节码。安全
若是你去看com.sun.tools.javac.main.JavaCompiler的源码，你会发如今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。微信
Java 中最经常使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。编程语言
糖块1、 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以前先科普下，Java中的swith自身本来就支持基本类型。好比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。
因此，对于编译器来讲，switch中其实只能使用整型，任何类型的比较都要转换成整型。好比byte。short，char(ackii码是整型)以及int。
那么接下来看下switch对String得支持，有如下代码：
反编译后内容以下：
看到这个代码，你知道原来字符串的switch是经过equals()和hashCode()方法来实现的。还好hashCode()方法返回的是int，而不是long。
仔细看下能够发现，进行switch的实际是哈希值，而后经过使用equals方法比较进行安全检查，这个检查是必要的，由于哈希可能会发生碰撞。所以它的性能是不如使用枚举进行switch或者使用纯整数常量，但这也不是不好。
糖块2、 泛型
咱们都知道，不少语言都是支持泛型的，可是不少人不知道的是，不一样的编译器对于泛型的处理方式是不一样的。
一般状况下，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方式为每一个泛型类型建立惟一的字节码表示，而且将该泛型类型的实例都映射到这个惟一的字节码表示上。将多种泛型类形实例映射到惟一的字节码表示是经过类型擦除（type erasue）实现的。
也就是说，对于Java虚拟机来讲，他根本不认识Map<String, String> map这样的语法。须要在编译阶段经过类型擦除的方式进行解语法糖。
类型擦除的主要过程以下：
如下代码：
解语法糖以后会变成：
如下代码：
类型擦除后会变成：
虚拟机中没有泛型，只有普通类和普通方法，全部泛型类的类型参数在编译时都会被擦除，泛型类并无本身独有的Class类对象。好比并不存在List<String>.class或是List<Integer>.class，而只有List.class。
糖块3、 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，好比将int的变量转换成Integer对象，这个过程叫作装箱，反之将Integer对象转换成int类型值，这个过程叫作拆箱。
由于这里的装箱和拆箱是自动进行的非人为转换，因此就称做为自动装箱和拆箱。
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：
反编译后代码以下:
再来看个自动拆箱的代码：
反编译后代码以下：
从反编译获得内容能够看出，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。
因此，装箱过程是经过调用包装器的valueOf方法实现的，而拆箱过程是经过调用包装器的 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。它容许一个方法把任意数量的值做为参数。
看下如下可变参数代码，其中print方法接收可变参数：
反编译后代码：
从反编译后代码能够看出，可变参数在被使用的时候，他首先会建立一个数组，数组的长度就是调用该方法是传递的实参的个数，而后再把参数值所有放到这个数组当中，而后再把这个数组做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能够将一组具名的值的有限集合建立为一种新的类型，而这些具名的值能够做为常规的程序组件使用，这是一种很是有用的功能。
要想看源码，首先得有一个类吧，那么枚举类型究竟是什么类呢？是enum吗？
答案很明显不是，enum就和class同样，只是一个关键字，他并非一个类。
那么枚举是由什么类维护的呢，咱们简单的写一个枚举：
而后咱们使用反编译，看看这段代码究竟是怎么实现的，反编译后代码内容以下：
经过反编译后代码咱们能够看到，public final class T extends Enum，说明，该类是继承了Enum类的，同时final关键字告诉咱们，这个类也是不能被继承的。
当咱们使用enmu来定义一个枚举类型的时候，编译器会自动帮咱们建立一个final类型的类继承Enum类，因此枚举类型不能被继承。
糖块六 、 内部类
内部类又称为嵌套类，能够把内部类理解为外部类的一个普通成员。
内部类之因此也是语法糖，是由于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，就会生成两个彻底不一样的.class文件了，分别是outer.class和outer$inner.class。因此内部类的名字彻底能够和它的外部类名字相同。
以上代码编译后会生成两个class文件：OutterClass$InnerClass.class 、OutterClass.class 。
当咱们尝试使用jad对OutterClass.class文件进行反编译的时候，命令行会打印如下内容：
他会把两个文件所有进行反编译，而后一块儿生成一个OutterClass.jad文件。文件内容以下：
糖块七 、条件编译
—般状况下，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，但愿只对其中一部份内容进行编译，此时就须要在程序中加上条件，让编译器只对知足条件的代码进行编译，将不知足条件的代码舍弃，这就是条件编译。
如在C或CPP中，能够经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。咱们先来看一段代码：
反编译后代码以下：
首先，咱们发现，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。
因此，Java语法的条件编译，是经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。经过该方式实现的条件编译，必须在方法体内实现，而没法在正整个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语言设计之初并无引入条件编译的功能，虽有局限，可是总比没有更强。
糖块八 、 断言
在Java中，assert关键字是从JAVA SE 1.4 引入的，为了不和老版本的Java代码中使用了assert关键字致使错误，Java在执行的时候默认是不启动断言检查的（这个时候，全部的断言语句都将忽略！）。
若是要开启断言检查，则须要用开关-enableassertions或-ea来开启。
看一段包含断言的代码：
反编译后代码以下：
很明显，反编译以后的代码要比咱们本身的代码复杂的多。因此，使用了assert这个语法糖咱们节省了不少代码。
其实断言的底层实现就是if语言，若是断言结果为true，则什么都不作，程序继续执行，若是断言结果为false，则程序抛出AssertError来打断程序的执行。
-enableassertions会设置$assertionsDisabled字段的值。
糖块九 、 数值字面量
在java 7中，数值字面量，无论是整数仍是浮点数，都容许在数字之间插入任意多个下划线。这些下划线不会对字面量的数值产生影响，目的就是方便阅读。
好比：
反编译后：
反编译后就是把_删除了。也就是说编译器并不认识在数字字面量中的_，须要在编译阶段把他去掉。
糖块十 、 for-each
加强for循环（for-each）相信你们都不陌生，平常开发常常会用到的，他会比for循环要少写不少代码，那么这个语法糖背后是如何实现的呢？
反编译后代码以下：
代码很简单，for-each的实现原理其实就是使用了普通的for循环和迭代器。
糖块十一 、 try-with-resource
Java里，对于文件操做IO流、数据库链接等开销很是昂贵的资源，用完以后必须及时经过close方法将其关闭，不然资源会一直处于打开状态，可能会致使内存泄露等问题。
关闭资源的经常使用方式就是在finally块里是释放，即调用close方法。好比，咱们常常会写这样的代码：
从Java 7开始，jdk提供了一种更好的方式关闭资源，使用try-with-resources语句，改写一下上面的代码，效果以下：
看，这简直是一大福音啊，虽然我以前通常使用IOUtils去关闭流，并不会使用在finally中写不少代码的方式，可是这种新的语法糖看上去好像优雅不少呢。
反编译以上代码，看下他的背后原理：
其实背后的原理也很简单，那些咱们没有作的关闭资源的操做，编译器都帮咱们作了。
因此，再次印证了，语法糖的做用就是方便程序员的使用，但最终仍是要转成编译器认识的语言。
糖块12、Lambda表达式
关于lambda表达式，有人可能会有质疑，由于网上有人说他并非语法糖。其实我想纠正下这个说法。
Labmda表达式不是匿名内部类的语法糖，可是他也是一个语法糖。实现方式实际上是依赖了几个JVM底层提供的lambda相关api。
先来看一个简单的lambda表达式。遍历一个list：
为啥说他并非内部类的语法糖呢，前面讲内部类咱们说过，内部类在编译以后会有两个class文件，可是，包含lambda表达式的类编译后只有一个文件。
反编译后代码以下:
能够看到，在forEach方法中，实际上是调用了java.lang.invoke.LambdaMetafactory#metafactory方法，该方法的第四个参数implMethod指定了方法实现。能够看到这里实际上是调用了一个lambda$main$0方法进行了输出。
再来看一个稍微复杂一点的，先对List进行过滤，而后再输出：
反编译后代码以下：
两个lambda表达式分别调用了lambda$main$1和lambda$main$0两个方法。
因此，lambda表达式的实现实际上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
上面这段代码，有两个重载的函数，由于他们的参数类型不一样，一个是List另外一个是List，可是，这段代码是编译通不过的。由于咱们前面讲过，参数List和List编译以后都被擦除了，变成了同样的原生类型List，擦除动做致使这两个方法的特征签名变得如出一辙。
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。由于异常处理是由JVM在运行时刻来进行的。因为类型信息被擦除，JVM是没法区分两个异常类型MyException<String>和MyException<Integer>的
泛型——当泛型内包含静态变量
以上代码输出结果为：2！因为通过类型擦除，全部的泛型类实例都关联到同一份字节码上，泛型类的全部静态变量是共享的。
自动装箱与拆箱——对象相等比较
输出结果：
在Java 5中，在Integer的操做上引入了一个新功能来节省内存和提升性能。整型对象经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。使用构造函数建立对象不适用。
加强for循环
会抛出ConcurrentModificationException异常。
Iterator是工做在一个独立的线程中，而且拥有一个 mutex 锁。Iterator被建立以后会创建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，因此当索引指针日后移动的时候就找不到要迭代的对象，因此按照 fail-fast 原则 Iterator 会立刻抛出java.util.ConcurrentModificationException异常。
因此 Iterator 在工做的时候是不容许被迭代的对象被改变的。但你可使用 Iterator 自己的方法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中经常使用的语法糖。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。
可是这种语法只有开发人员认识。要想被执行，须要进行解糖，即转成JVM认识的语法。
当咱们把语法糖解糖以后，你就会发现其实咱们平常使用的这些方便的语法，其实都是一些其余更简单的语法构成的。
有了这些语法糖，咱们在平常开发的时候能够大大提高效率，可是同时也要避免过渡使用。使用以前最好了解下原理，避免掉坑。
tips：昨天是廖雪峰大佬的大数据课程，有想法的童鞋能够去了解下。同时，感谢你们支持，老规矩（接了广告都会给你们送福利），周六晚上8点给你们发红包，后台回复【红包】，获取参与方式。
·END·
程序员的成长之路
路虽远，行则必至
本文原发于 同名微信公众号「程序员的成长之路」，回复「1024」你懂得，给个赞呗。
回复 [ 520 ] 领取程序员最佳学习方式
回复 [ 256 ] 查看 Java 程序员成长规划