本文從 Java 編譯原理角度，深入字節碼及 class 文件，抽絲剝繭，瞭解 Java 中的語法糖原理及用法，幫助大家在學會如何使用 Java 語法糖的同時，瞭解這些語法糖背後的原理
語法糖
語法糖（Syntactic Sugar），也稱糖衣語法，是由英國計算機學家 Peter.J.Landin 發明的一個術語，指在計算機語言中添加的某種語法，這種語法對語言的功能並沒有影響，但是更方便程序員使用。簡而言之，語法糖讓程序更加簡潔，有更高的可讀性。
有意思的是，在編程領域，除了語法糖，還有語法鹽和語法糖精的說法，篇幅有限這裡不做擴展了。
我們所熟知的編程語言中幾乎都有語法糖。作者認為，語法糖的多少是評判一個語言夠不夠牛逼的標準之一。
很多人說Java是一個“低糖語言”，其實從Java 7開始Java語言層面上一直在添加各種糖，主要是在“Project Coin”項目下研發。儘管現在Java有人還是認為現在的Java是低糖，未來還會持續向著“高糖”的方向發展。
解語法糖
前面提到過，語法糖的存在主要是方便開發人員使用。但其實，Java虛擬機並不支持這些語法糖。這些語法糖在編譯階段就會被還原成簡單的基礎語法結構，這個過程就是解語法糖。
說到編譯，大家肯定都知道，Java語言中，javac命令可以將後綴名為.java的源文件編譯為後綴名為.class的可以運行於Java虛擬機的字節碼。
如果你去看com.sun.tools.javac.main.JavaCompiler的源碼，你會發現在compile中有一個步驟就是調用desugar，這個方法就是負責解語法糖的實現的。
Java 中最常用的語法糖主要有泛型、變長參數、條件編譯、自動拆裝箱、內部類等。本文主要來分析下這些語法糖背後的原理。一步一步剝去糖衣，看看其本質。
糖塊一、 switch 支持 String 與枚舉
前面提到過，從Java 7 開始，Java語言中的語法糖在逐漸豐富，其中一個比較重要的就是Java 7中switch開始支持String。
在開始coding之前先科普下，Java中的swith自身原本就支持基本類型。比如int、char等。
對於int類型，直接進行數值的比較。對於char類型則是比較其ascii碼。
所以，對於編譯器來說，switch中其實只能使用整型，任何類型的比較都要轉換成整型。比如byte。short，char(ackii碼是整型)以及int。
那麼接下來看下switch對String得支持，有以下代碼：
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;}}}
反編譯後內容如下：
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;}}}
看到這個代碼，你知道原來字符串的switch是通過equals和hashCode方法來實現的。還好hashCode方法返回的是int，而不是long。
仔細看下可以發現，進行switch的實際是哈希值，然後通過使用equals方法比較進行安全檢查，這個檢查是必要的，因為哈希可能會發生碰撞。因此它的性能是不如使用枚舉進行switch或者使用純整數常量，但這也不是很差。
糖塊二、 泛型
我們都知道，很多語言都是支持泛型的，但是很多人不知道的是，不同的編譯器對於泛型的處理方式是不同的。
通常情況下，一個編譯器處理泛型有兩種方式：Code specialization和Code sharing。
C++和C#是使用Code specialization的處理機制，而Java使用的是Code sharing的機制。
Code sharing方式為每個泛型類型創建唯一的字節碼錶示，並且將該泛型類型的實例都映射到這個唯一的字節碼錶示上。將多種泛型類形實例映射到唯一的字節碼錶示是通過類型擦除（type erasue）實現的。
也就是說，對於Java虛擬機來說，他根本不認識Map<String, String> map這樣的語法。需要在編譯階段通過類型擦除的方式進行解語法糖。
類型擦除的主要過程如下：
1.將所有的泛型參數用其最左邊界（最頂級的父類型）類型替換。
2.移除所有的類型參數。
以下代碼：
Map<String, String> map = new HashMap<String, String>;map.put("name", "hollis");map.put("wechat", "Hollis");map.put("blog", "www.hollischuang.com");
解語法糖之後會變成：
Map map = new HashMap;map.put("name", "hollis");map.put("wechat", "Hollis");map.put("blog", "www.hollischuang.com");
以下代碼：
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;}
類型擦除後會變成：
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;}
虛擬機中沒有泛型，只有普通類和普通方法，所有泛型類的類型參數在編譯時都會被擦除，泛型類並沒有自己獨有的Class類對象。比如並不存在List<String>.class或是List<Integer>.class，而只有List.class。
糖塊三、 自動裝箱與拆箱
自動裝箱就是Java自動將原始類型值轉換成對應的對象，比如將int的變量轉換成Integer對象，這個過程叫做裝箱，反之將Integer對象轉換成int類型值，這個過程叫做拆箱。
因為這裡的裝箱和拆箱是自動進行的非人為轉換，所以就稱作為自動裝箱和拆箱。
原始類型byte, short, char, int, long, float, double 和 boolean 對應的封裝類為Byte, Short, Character, Integer, Long, Float, Double, Boolean。
先來看個自動裝箱的代碼：
public static void main(String[] args) {int i = 10;Integer n = i;}
反編譯後代碼如下:
public static void main(String args[]){int i = 10;Integer n = Integer.valueOf(i);}
再來看個自動拆箱的代碼：
public static void main(String[] args) {Integer i = 10;int n = i;}
反編譯後代碼如下：
public static void main(String args[]){Integer i = Integer.valueOf(10);int n = i.intValue;}
從反編譯得到內容可以看出，在裝箱的時候自動調用的是Integer的valueOf(int)方法。而在拆箱的時候自動調用的是Integer的intValue方法。
所以，裝箱過程是通過調用包裝器的valueOf方法實現的，而拆箱過程是通過調用包裝器的 xxxValue方法實現的。
糖塊四 、 方法變長參數
可變參數(variable arguments)是在Java 1.5中引入的一個特性。它允許一個方法把任意數量的值作為參數。
看下以下可變參數代碼，其中print方法接收可變參數：
public static void main(String[] args){print("Holis", "公眾號:Hollis", "博客：www.hollischuang.com", "QQ：907607222");}public static void print(String... strs){for (int i = 0; i < strs.length; i++){System.out.println(strs[i]);}}
反編譯後代碼：
public static void main(String args[]){print(new String[] {"Holis", "\\\\u516C\\\\u4F17\\\\u53F7:Hollis", "\\\\u535A\\\\u5BA2\\\\uFF1Awww.hollischuang.com", "QQ\\\\uFF1A907607222"});}public static transient void print(String strs[]){for(int i = 0; i < strs.length; i++)System.out.println(strs[i]);}
從反編譯後代碼可以看出，可變參數在被使用的時候，他首先會創建一個數組，數組的長度就是調用該方法是傳遞的實參的個數，然後再把參數值全部放到這個數組當中，然後再把這個數組作為參數傳遞到被調用的方法中。
糖塊五 、 枚舉
Java SE5提供了一種新的類型-Java的枚舉類型，關鍵字enum可以將一組具名的值的有限集合創建為一種新的類型，而這些具名的值可以作為常規的程序組件使用，這是一種非常有用的功能。參考：Java的枚舉類型用法介紹
要想看源碼，首先得有一個類吧，那麼枚舉類型到底是什麼類呢？是enum嗎？
答案很明顯不是，enum就和class一樣，只是一個關鍵字，他並不是一個類。
那麼枚舉是由什麼類維護的呢，我們簡單的寫一個枚舉：
public enum t {SPRING,SUMMER;}
然後我們使用反編譯，看看這段代碼到底是怎麼實現的，反編譯後代碼內容如下：
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$VALUES = (new T[] {SPRING, SUMMER});}}
通過反編譯後代碼我們可以看到，public final class T extends Enum，說明，該類是繼承了Enum類的，同時final關鍵字告訴我們，這個類也是不能被繼承的。
當我們使用enmu來定義一個枚舉類型的時候，編譯器會自動幫我們創建一個final類型的類繼承Enum類，所以枚舉類型不能被繼承。
糖塊六 、 內部類
內部類又稱為嵌套類，可以把內部類理解為外部類的一個普通成員。
內部類之所以也是語法糖，是因為它僅僅是一個編譯時的概念。
outer.java裡面定義了一個內部類inner，一旦編譯成功，就會生成兩個完全不同的.class文件了，分別是outer.class和outer$inner.class。所以內部類的名字完全可以和它的外部類名字相同。
public class OutterClass {private String userName;public String getUserName {return userName;}public void setUserName(String userName) {this.userName = userName;}public static void main(String[] args) {}class InnerClass{private String name;public String getName {return name;}public void setName(String name) {this.name = name;}}}
以上代碼編譯後會生成兩個class文件：OutterClass$InnerClass.class 、OutterClass.class 。
當我們嘗試使用jad對OutterClass.class文件進行反編譯的時候，命令行會打印以下內容：
Parsing OutterClass.class...Parsing inner class OutterClass$InnerClass.class...Generating OutterClass.jad
他會把兩個文件全部進行反編譯，然後一起生成一個OutterClass.jad文件。文件內容如下：
public class OutterClass{class InnerClass{public String getName{return name;}public void setName(String name){this.name = name;}private String name;final OutterClass this$0;InnerClass{this.this$0 = OutterClass.this;super;}}public OutterClass{}public String getUserName{return userName;}public void setUserName(String userName){this.userName = userName;}public static void main(String args1[]){}private String userName;}
糖塊七 、條件編譯
—般情況下，程序中的每一行代碼都要參加編譯。但有時候出於對程序代碼優化的考慮，希望只對其中一部分內容進行編譯，此時就需要在程序中加上條件，讓編譯器只對滿足條件的代碼進行編譯，將不滿足條件的代碼捨棄，這就是條件編譯。
如在C或CPP中，可以通過預處理語句來實現條件編譯。其實在Java中也可實現條件編譯。我們先來看一段代碼：
public class ConditionalCompilation {public static void main(String[] args) {final boolean DEBUG = true;if(DEBUG) {System.out.println("Hello, DEBUG!");}final boolean ONLINE = false;if(ONLINE){System.out.println("Hello, ONLINE!");}}}
反編譯後代碼如下：
public class ConditionalCompilation{public ConditionalCompilation{}public static void main(String args[]){boolean DEBUG = true;System.out.println("Hello, DEBUG!");boolean ONLINE = false;}}
首先，我們發現，在反編譯後的代碼中沒有System.out.println("Hello, ONLINE!");，這其實就是條件編譯。
當if(ONLINE)為false的時候，編譯器就沒有對其內的代碼進行編譯。
所以，Java語法的條件編譯，是通過判斷條件為常量的if語句實現的。根據if判斷條件的真假，編譯器直接把分支為false的代碼塊消除。通過該方式實現的條件編譯，必須在方法體內實現，而無法在正整個Java類的結構或者類的屬性上進行條件編譯。
這與C/C++的條件編譯相比，確實更有侷限性。在Java語言設計之初並沒有引入條件編譯的功能，雖有侷限，但是總比沒有更強。
糖塊八 、 斷言
在Java中，assert關鍵字是從JAVA SE 1.4 引入的，為了避免和老版本的Java代碼中使用了assert關鍵字導致錯誤，Java在執行的時候默認是不啟動斷言檢查的（這個時候，所有的斷言語句都將忽略！）。
如果要開啟斷言檢查，則需要用開關-enableassertions或-ea來開啟。
看一段包含斷言的代碼：
public class AssertTest {public static void main(String args[]) {int a = 1;int b = 1;assert a == b;System.out.println("公眾號：Hollis");assert a != b : "Hollis";System.out.println("博客：www.hollischuang.com");}}
反編譯後代碼如下：
public class AssertTest {public AssertTest{}public static void main(String args[]){int a = 1;int b = 1;if(!$assertionsDisabled && a != b)throw new AssertionError;System.out.println("\\\\u516C\\\\u4F17\\\\u53F7\\\\uFF1AHollis");if(!$assertionsDisabled && a == b){throw new AssertionError("Hollis");} else{System.out.println("\\\\u535A\\\\u5BA2\\\\uFF1Awww.hollischuang.com");return;}}static final boolean $assertionsDisabled = !com/hollis/suguar/AssertTest.desiredAssertionStatus;}
很明顯，反編譯之後的代碼要比我們自己的代碼複雜的多。所以，使用了assert這個語法糖我們節省了很多代碼。
其實斷言的底層實現就是if語言，如果斷言結果為true，則什麼都不做，程序繼續執行，如果斷言結果為false，則程序拋出AssertError來打斷程序的執行。
-enableassertions會設置$assertionsDisabled字段的值。
糖塊九 、 數值字面量
在java 7中，數值字面量，不管是整數還是浮點數，都允許在數字之間插入任意多個下劃線。這些下劃線不會對字面量的數值產生影響，目的就是方便閱讀。
比如：
public class Test {public static void main(String... args) {int i = 10_000;System.out.println(i);}}
反編譯後：
public class Test{public static void main(String[] args){int i = 10000;System.out.println(i);}}
反編譯後就是把_刪除了。也就是說編譯器並不認識在數字字面量中的_，需要在編譯階段把他去掉。
糖塊十 、 for-each
增強for循環（for-each）相信大家都不陌生，日常開發經常會用到的，他會比for循環要少寫很多代碼，那麼這個語法糖背後是如何實現的呢？
public static void main(String... args) {String strs = {"Hollis", "公眾號：Hollis", "博客：www.hollischuang.com"};for (String s : strs) {System.out.println(s);}List<String> strList = ImmutableList.of("Hollis", "公眾號：Hollis", "博客：www.hollischuang.com");for (String s : strList) {System.out.println(s);}}
反編譯後代碼如下：
public static transient void main(String args[]){String strs = {"Hollis", "\\\\u516C\\\\u4F17\\\\u53F7\\\\uFF1AHollis", "\\\\u535A\\\\u5BA2\\\\uFF1Awww.hollischuang.com"};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("Hollis", "\\\\u516C\\\\u4F17\\\\u53F7\\\\uFF1AHollis", "\\\\u535A\\\\u5BA2\\\\uFF1Awww.hollischuang.com");String s;for(Iterator iterator = strList.iterator; iterator.hasNext; System.out.println(s))s = (String)iterator.next;}
代碼很簡單，for-each的實現原理其實就是使用了普通的for循環和迭代器。
糖塊十一 、 try-with-resource
Java裡，對於文件操作IO流、數據庫連接等開銷非常昂貴的資源，用完之後必須及時通過close方法將其關閉，否則資源會一直處於打開狀態，可能會導致內存洩露等問題。
關閉資源的常用方式就是在finally塊裡是釋放，即調用close方法。比如，我們經常會寫這樣的代碼：
public static void main(String[] args) {BufferedReader br = ;try {String line;br = new BufferedReader(new FileReader("d:\\\\hollischuang.xml"));while ((line = br.readLine) != ) {System.out.println(line);}} catch (IOException e) {// handle exception} finally {try {if (br != ) {br.close;}} catch (IOException ex) {// handle exception}}}
從Java 7開始，jdk提供了一種更好的方式關閉資源，使用try-with-resources語句，改寫一下上面的代碼，效果如下：
public static void main(String... args) {try (BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader("d:\\\\ hollischuang.xml"))) {String line;while ((line = br.readLine) != ) {System.out.println(line);}} catch (IOException e) {// handle exception}}
看，這簡直是一大福音啊，雖然我之前一般使用IOUtils去關閉流，並不會使用在finally中寫很多代碼的方式，但是這種新的語法糖看上去好像優雅很多呢。
反編譯以上代碼，看下他的背後原理：
public static transient void main(String args[]){BufferedReader br;Throwable throwable;br = new BufferedReader(new FileReader("d:\\\\ hollischuang.xml"));throwable = ;String line;try{while((line = br.readLine) != )System.out.println(line);}catch(Throwable throwable2){throwable = throwable2;throw throwable2;}if(br != )if(throwable != )try{br.close;}catch(Throwable throwable1){throwable.addSuppressed(throwable1);}elsebr.close;break MISSING_BLOCK_LABEL_113;Exception exception;exception;if(br != )if(throwable != )try{br.close;}catch(Throwable throwable3){throwable.addSuppressed(throwable3);}elsebr.close;throw exception;IOException ioexception;ioexception;}}
其實背後的原理也很簡單，那些我們沒有做的關閉資源的操作，編譯器都幫我們做了。
所以，再次印證了，語法糖的作用就是方便程序員的使用，但最終還是要轉成編譯器認識的語言。
糖塊十二、Lambda表達式
關於lambda表達式，有人可能會有質疑，因為網上有人說他並不是語法糖。其實我想糾正下這個說法。
Labmda表達式不是匿名內部類的語法糖，但是他也是一個語法糖。實現方式其實是依賴了幾個JVM底層提供的lambda相關api。
先來看一個簡單的lambda表達式。遍歷一個list：
public static void main(String... args) {List<String> strList = ImmutableList.of("Hollis", "公眾號：Hollis", "博客：www.hollischuang.com");strList.forEach( s -> { System.out.println(s); } );}
為啥說他並不是內部類的語法糖呢，前面講內部類我們說過，內部類在編譯之後會有兩個class文件，但是，包含lambda表達式的類編譯後只有一個文件。
反編譯後代碼如下:
public static /* varargs */ void main(String ... args) {ImmutableList strList = ImmutableList.of((Object)"Hollis", (Object)"\\\公\\\眾\\\號\\\：Hollis", (Object)"\\\博\\\客\\\：www.hollischuang.com");strList.forEach((Consumer<String>)LambdaMetafactory.metafactory(, , , (Ljava/lang/Object;)V, lambda$main$0(java.lang.String ), (Ljava/lang/String;)V));}private static /* synthetic */ void lambda$main$0(String s) {System.out.println(s);}
可以看到，在forEach方法中，其實是調用了java.lang.invoke.LambdaMetafactory#metafactory方法，該方法的第四個參數implMethod指定了方法實現。可以看到這裡其實是調用了一個lambda$main$0方法進行了輸出。
再來看一個稍微複雜一點的，先對List進行過濾，然後再輸出：
public static void main(String... args) {List<String> strList = ImmutableList.of("Hollis", "公眾號：Hollis", "博客：www.hollischuang.com");List HollisList = strList.stream.filter(string -> string.contains("Hollis")).collect(Collectors.toList);HollisList.forEach( s -> { System.out.println(s); } );}
反編譯後代碼如下：
public static /* varargs */ void main(String ... args) {ImmutableList strList = ImmutableList.of((Object)"Hollis", (Object)"\\\公\\\眾\\\號\\\：Hollis", (Object)"\\\博\\\客\\\：www.hollischuang.com");List<Object> HollisList = strList.stream.filter((Predicate<String>)LambdaMetafactory.metafactory(, , , (Ljava/lang/Object;)Z, lambda$main$0(java.lang.String ), (Ljava/lang/String;)Z)).collect(Collectors.toList);HollisList.forEach((Consumer<Object>)LambdaMetafactory.metafactory(, , , (Ljava/lang/Object;)V, lambda$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$0(String string) {return string.contains("Hollis");}
兩個lambda表達式分別調用了lambda$main$1和lambda$main$0兩個方法。
所以，lambda表達式的實現其實是依賴了一些底層的api，在編譯階段，編譯器會把lambda表達式進行解糖，轉換成調用內部api的方式。
可能遇到的坑
泛型——當泛型遇到重載
public class GenericTypes {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)");}}
上面這段代碼，有兩個重載的函數，因為他們的參數類型不同，一個是List
泛型——當泛型遇到catch
泛型的類型參數不能用在Java異常處理的catch語句中。因為異常處理是由JVM在運行時刻來進行的。由於類型信息被擦除，JVM是無法區分兩個異常類型MyException<String>和MyException<Integer>的
泛型——當泛型內包含靜態變量
public class StaticTest{public static void main(String[] args){GT<Integer> gti = new GT<Integer>;gti.var=1;GT<String> gts = new GT<String>;gts.var=2;System.out.println(gti.var);}}class GT<T>{public static int var=0;public void nothing(T x){}}
以上代碼輸出結果為：2！由於經過類型擦除，所有的泛型類實例都關聯到同一份字節碼上，泛型類的所有靜態變量是共享的。
自動裝箱與拆箱——對象相等比較
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)));}
輸出結果：
a == b is falsec == d is true
在Java 5中，在Integer的操作上引入了一個新功能來節省內存和提高性能。整型對象通過使用相同的對象引用實現了緩存和重用。
適用於整數值區間-128 至 +127。
只適用於自動裝箱。使用構造函數創建對象不適用。
增強for循環
for (Student stu : students) {if (stu.getId == 2)students.remove(stu);}
會拋出ConcurrentModificationException異常。
Iterator是工作在一個獨立的線程中，並且擁有一個 mutex 鎖。Iterator被創建之後會建立一個指向原來對象的單鏈索引表，當原來的對象數量發生變化時，這個索引表的內容不會同步改變，所以當索引指針往後移動的時候就找不到要迭代的對象，所以按照 fail-fast 原則 Iterator 會馬上拋出java.util.ConcurrentModificationException異常。
所以 Iterator 在工作的時候是不允許被迭代的對象被改變的。但你可以使用 Iterator 本身的方法remove來刪除對象，Iterator.remove 方法會在刪除當前迭代對象的同時維護索引的一致性。
總結
前面介紹了12種Java中常用的語法糖。所謂語法糖就是提供給開發人員便於開發的一種語法而已。
但是這種語法只有開發人員認識。要想被執行，需要進行解糖，即轉成JVM認識的語法。
當我們把語法糖解糖之後，你就會發現其實我們日常使用的這些方便的語法，其實都是一些其他更簡單的語法構成的。
有了這些語法糖，我們在日常開發的時候可以大大提升效率，但是同時也要避免過渡使用。使用之前最好了解下原理，避免掉坑。
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