Java 语法糖详解

本文旨在从 Java 编译原理角度，通过字节码及 class 文件，了解 Java 中的语法糖原理及用法，学习语法糖背后的原理。若下文中有任何错误，欢迎大家提出指正。

顺手安利一个 class 文件在线反编译网站。

一、什么是语法糖

语法糖也称糖衣语法，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。

自JDK7开始，Java语言中的语法糖在逐渐丰富,这种语法对语言的功能并没有影响，因为 Java 代码需要运行在 JVM 中，JVM 是并不支持语法糖的，语法糖在程序编译阶段就会被还原成简单的基础语法结构。

二、Java 中有哪些常见的语法糖

首先回顾一下Java编译，javac命令可以将后缀名为.java的源文件编译成后缀名为.class的可以运行于 JVM 的字节码文件。通过查看 com.sun.tools.javac.main.JavaCompiler 的源码，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。

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。

1、switch 支持 String

从JDK7开始，switch 开始支持 String 字符串类型。在此之前 switch 只支持 int、char等基本类型。对于 int 类型，switch 直接进行数值比较；对于 char 类型则是比较
ASCII 码。所以对于编译器来说， switch 中其实只能使用整型。

switch 对 String 的支持，有如下代码：

public class switchDemoString {
    public static void main(String[] args) {
        String str = "world";
        switch (str) {
        case "hello":
            System.out.println("hello");
            break;
        case "world":
            System.out.println("world");
            break;
        default:
            break;
        }
    }
}

对 class 文件进行反编译后：

public class switchDemoString
{
    public switchDemoString()
    {
    }
    public static void main(String args[])
    {
        String str = "world";
        String s;
        switch((s = str).hashCode())
        {
        default:
            break;
        case 99162322:
            if(s.equals("hello"))
                System.out.println("hello");
            break;
        case 113318802:
            if(s.equals("world"))
                System.out.println("world");
            break;
        }
    }
}

由此可以看出，switch 是通过 equals() 和 hashCode()方法来实现对 Stirng 字符串类型的支持。同时也能看出 switch 实际上是对字符串的哈希值进行比较的，然后通过 equals() 方法进行检查，防止哈希可能会发生碰撞。所以性能是不如使用枚举进行 switch 或者使用整数常量。

2、泛型

对于泛型，Java 使用的是Code sharing的机制。也就是说，对于 JVM来说，根本不认识Map<String, String> temp 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。
例一：

Map<String, String> map = new HashMap<String, String>();
map.put("name", "hollis");
map.put("wechat", "Hollis");

反编译后内容如下：

Map map = new HashMap();
map.put("name", "hollis");
map.put("wechat", "Hollis");

例二：

public static <A extends Comparable<A>> A max(Collection<A> xs) {
    Iterator<A> xi = xs.iterator();
    A w = xi.next();
    while (xi.hasNext()) {
        A x = xi.next();
        if (w.compareTo(x) < 0)
            w = x;
    }
    return w;
}

反编译后内容如下：

 public static Comparable max(Collection xs){
    Iterator xi = xs.iterator();
    Comparable w = (Comparable)xi.next();
    while(xi.hasNext())
    {
        Comparable x = (Comparable)xi.next();
        if(w.compareTo(x) < 0)
            w = x;
    }
    return w;
}

由此可以看出，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。

注意：泛型 + 重载

    public static void method(List<String> list) {
        System.out.println("invoke method(List<String> list)");
    }

    public static void method(List<Integer> list) {
        System.out.println("invoke method(List<Integer> 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<String>另一个是 List<Integer> ，但是，这段代码是编译通不过的。因为参数List<Integer>和 List<String> 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。

注意：泛型 + 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MyException<String>和MyException<Integer>的

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，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。

自动装箱：

public static void main(String[] args) {
    int i = 10;
    Integer n = i;
}

反编译后内容如下：

public static void main(String args[])
{
    int i = 10;
    Integer n = Integer.valueOf(i);
}

自动拆箱：

public static void main(String[] args) {
    Integer i = 10;
    int n = i;
}

反编译后内容如下：

public static void main(String args[])
{
    Integer i = Integer.valueOf(10);
    int n = i.intValue();
}

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。

所以，装箱过程是通过调用包装器的 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。

注意：对象相等比较

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 JDK5 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。同时结论只适用于自动装箱。使用构造函数创建对象不适用。

4、可变参数

可变参数是在 JDK5 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。

代码：

public static void main(String[] args)
    {
        print("hello", "world");
    }

public static void print(String... strs)
{
    for (int i = 0; i < strs.length; i++)
    {
        System.out.println(strs[i]);
    }
}

反编译后内容如下：

public static void main(String args[])
{
    print(new String[] {
        "hello", "world",
    });
}

public static transient void print(String strs[])
{
    for(int i = 0; i < strs.length; i++)
        System.out.println(strs[i]);

}

由此可以看出，可变参数在被使用的时候，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。

5、枚举

JDK5 提供了一种新的类型-Java 的枚举类型，关键字enum。

创建枚举代码如下：

public enum t {
    SPRING,SUMMER;
}

反编译后内容如下：

public final class T extends Enum
{
    private T(String s, int i)
    {
        super(s, i);
    }
    public static T[] values()
    {
        T at[];
        int i;
        T at1[];
        System.arraycopy(at = ENUM$VALUES, 0, at1 = new T[i = at.length], 0, i);
        return at1;
    }

    public static T valueOf(String s)
    {
        return (T)Enum.valueOf(demo/T, s);
    }

    public static final T SPRING;
    public static final T SUMMER;
    private static final T ENUM$VALUES[];
    static
    {
        SPRING = new T("SPRING", 0);
        SUMMER = new T("SUMMER", 1);
        ENUM$VALUES = (new T[] {
            SPRING, SUMMER
        });
    }
}

通过反编译可以看到，该类是继承了Enum类，同时被 final 关键字修饰，表明该类不可被继承。
当使用 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。

6、条件

—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。

条件代码如下：

public class ConditionalCompilation {
    public static void main(String[] args) {
        final boolean DEBUG = true;
        if(DEBUG) {
            System.out.println("Hello, DEBUG!");
        }

        final boolean ONLINE = false;

        if(ONLINE){
            System.out.println("Hello, ONLINE!");
        }
    }
}

反编译后内容如下：

public class ConditionalCompilation
{

    public ConditionalCompilation()
    {
    }

    public static void main(String args[])
    {
        boolean DEBUG = true;
        System.out.println("Hello, DEBUG!");
        boolean ONLINE = false;
    }
}

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。其原理也是 Java 语言的语法糖。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。

7、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。

例如：

public class Test {
    public static void main(String... args) {
        int i = 10_000;
        System.out.println(i);
    }
}

反编译后内容如下

public class Test
{
  public static void main(String[] args)
  {
    int i = 10000;
    System.out.println(i);
  }
}

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_，需要在编译阶段把他去掉。

8、for-each

对于 for-each，日常开发中必不可少，对比 for 循环要少写很多代码。

例如：

public static void main(String... args) {
    String[] strs = {"hello", "world", "smile"};
    for (String s : strs) {
        System.out.println(s);
    }
    List<String> strList = ImmutableList.of("hello", "world", "smile");
    for (String s : strList) {
        System.out.println(s);
    }
}

反编译后内容如下：

public static transient void main(String args[])
{
    String strs[] = {
        "hello", "world", "smile"
    };
    String args1[] = strs;
    int i = args1.length;
    for(int j = 0; j < i; j++)
    {
        String s = args1[j];
        System.out.println(s);
    }

    List strList = ImmutableList.of("hello", "world", "smile");
    String s;
    for(Iterator iterator = strList.iterator(); iterator.hasNext(); System.out.println(s))
        s = (String)iterator.next();

}

可以看出，for-each 实现原理其实就是使用了普通的 for 循环和迭代器。

注意：List.remove() 方法的使用

for (Student stu : students) {
    if (stu.getId() == 2)
        students.remove(stu);
}

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。

9、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。

常规写法：

public static void main(String[] args) {
    BufferedReader br = null;
    try {
        String line;
        br = new BufferedReader(new FileReader("/Users/smile-jt/Downloads/test.xml"));
        while ((line = br.readLine()) != null) {
            System.out.println(line);
        }
    } catch (IOException e) {
        // handle exception
    } finally {
        try {
            if (br != null) {
                br.close();
            }
        } catch (IOException ex) {
            // handle exception
        }
    }
}

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：

public static void main(String... args) {
    try (BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader("/Users/smile-jt/Downloads/test.xml"))) {
        String line;
        while ((line = br.readLine()) != null) {
            System.out.println(line);
        }
    } catch (IOException e) {
        // handle exception
    }
}

反编译后内容如下：

public static transient void main(String args[])
    {
        BufferedReader br;
        Throwable throwable;
        br = new BufferedReader(new FileReader("/Users/smile-jt/Downloads/test.xml"));
        throwable = null;
        String line;
        try
        {
            while((line = br.readLine()) != null)
                System.out.println(line);
        }
        catch(Throwable throwable2)
        {
            throwable = throwable2;
            throw throwable2;
        }
        if(br != null)
            if(throwable != null)
                try
                {
                    br.close();
                }
                catch(Throwable throwable1)
                {
                    throwable.addSuppressed(throwable1);
                }
            else
                br.close();
            break MISSING_BLOCK_LABEL_113;
            Exception exception;
            exception;
            if(br != null)
                if(throwable != null)
                    try
                    {
                        br.close();
                    }
                    catch(Throwable throwable3)
                      {
                        throwable.addSuppressed(throwable3);
                    }
                else
                    br.close();
        throw exception;
        IOException ioexception;
        ioexception;
    }
}

从常规写法到 JDK7 的简化写法，看上去这种新的语法糖看上去好像优雅很多。但是通过反编译可以看出，那些我们没有做的关闭资源的操作，编译器都帮我们做了。

10、Lambda 表达式

关于 lambda 表达式，也是一个语法糖。实现方式主要是依赖了几个 JVM 底层提供的 lambda 相关 api。

List.lambda 表达式(简单)：

public static void main(String... args) {
    List<String> strList = ImmutableList.of("hello", "world", "smile");
    strList.forEach( s -> { System.out.println(s); } );
}

反编译后代码如下:

public static /* varargs */ void main(String ... args) {
    ImmutableList strList = ImmutableList.of((Object)"hello", (Object)"world", (Object)"smile");
    strList.forEach((Consumer<String>)LambdaMetafactory.metafactory(null, null, null, (Ljava/lang/Object;)V, lambda$main$0(java.lang.String ), (Ljava/lang/String;)V)());
}

private static /* synthetic */ void lambda$main$0(String s) {
    System.out.println(s);
}

可以看到，在forEach方法中，其实是调用了java.lang.invoke.LambdaMetafactory#metafactory方法，该方法的第四个参数 implMethod 指定了方法实现。可以看到这里其实是调用了一个lambda$main$0方法进行了输出。

List.lambda 表达式(复杂)：

public static void main(String... args) {
    List<String> strList = ImmutableList.of("hello", "world", "smile");
    List HollisList = strList.stream().filter(string -> string.contains("Hollis")).collect(Collectors.toList());
    HollisList.forEach( s -> { System.out.println(s); } );
}

反编译后代码如下:

public static /* varargs */ void main(String ... args) {
    ImmutableList strList = ImmutableList.of((Object)"hello", (Object)"world", (Object)"smile");
    List<Object> HollisList = strList.stream().filter((Predicate<String>)LambdaMetafactory.metafactory(null, null, null, (Ljava/lang/Object;)Z, lambda$main$0(java.lang.String ), (Ljava/lang/String;)Z)()).collect(Collectors.toList());
    HollisList.forEach((Consumer<Object>)LambdaMetafactory.metafactory(null, null, null, (Ljava/lang/Object;)V, lambda$main$1(java.lang.Object ), (Ljava/lang/Object;)V)());
}

private static /* synthetic */ void lambda$main$1(Object s) {
    System.out.println(s);
}

private static /* synthetic */ boolean lambda$main$0(String string) {
    return string.contains("Hollis");
}

两个 lambda 表达式分别调用了lambda$main$1和lambda$main$0两个方法。

所以，lambda 表达式的实现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 10 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度使用。使用之前最好了解下原理，避免掉坑。

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Java

Java 语法糖

http://home.smile-jt.cn:18090/archives/java语法糖

作者

空青

发布于

2022-08-27

更新于

2022-08-29

许可协议

CC BY 4.0

Java 语法糖

Java 语法糖详解

一、什么是语法糖

二、Java 中有哪些常见的语法糖

1、switch 支持 String

2、泛型

3、自动装箱与拆箱

4、可变参数

5、枚举

6、条件

7、数值字面量

8、for-each

9、try-with-resource

10、Lambda 表达式

三、总结

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