GitHub 2.5k Star 的 Java工程师成神之路 ，不来了解一下吗?

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GitHub 2.5k Star 的 Java工程师成神之路 ，真的确定不来了解一下吗?

本文从 Java 编译原理角度，深入字节码及 class 文件，抽丝剥茧，了解 Java 中的语法糖原理及用法，帮助大家在学会如何使用 Java。

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。

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，篇幅有限这里不做扩展了。

我们所熟知的编程语言中几乎都有语法糖。作者认为，语法糖的多少是评判一个语言够不够牛逼的标准之一。很多人说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种糖，主要是在“Project Coin”项目下研发。尽管现在Java有人还是认为现在的Java是低糖，未来还会持续向着“高糖”的方向发展。

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。

说到编译，大家肯定都知道，Java语言中， javac 命令可以将后缀名为 .java 的源文件编译为后缀名为 .class 的可以运行于Java虚拟机的字节码。如果你去看 com.sun.tools.javac.main.JavaCompiler 的源码，你会发现在 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的。

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。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。

糖块一、 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之前先科普下，Java中的 swith 自身原本就支持基本类型。比如 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。所以，对于编译器来说， switch 中其实只能使用整型，任何类型的比较都要转换成整型。比如 byte 。 short ， char (ackii码是整型)以及 int 。

那么接下来看下 switch 对 String 得支持，有以下代码：

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;
        }
    }
}
复制代码

反编译 后内容如下：

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;
        }
    }
}
复制代码

看到这个代码，你知道原来**字符串的switch是通过 equals() 和 hashCode() 方法来实现的。**还好 hashCode() 方法返回的是 int ，而不是 long 。

仔细看下可以发现，进行 switch 的实际是哈希值，然后通过使用 equals 方法比较进行安全检查，这个检查是必要的，因为哈希可能会发生碰撞。因此它的性能是不如使用枚举进行switch或者使用纯整数常量，但这也不是很差。

糖块二、 泛型

我们都知道，很多语言都是支持泛型的，但是很多人不知道的是，不同的编译器对于泛型的处理方式是不同的，通常情况下，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方式为每个泛型类型创建唯一的字节码表示，并且将该泛型类型的实例都映射到这个唯一的字节码表示上。将多种泛型类形实例映射到唯一的字节码表示是通过类型擦除（ type erasue ）实现的。

也就是说， 对于Java虚拟机来说，他根本不认识 Map<String, String> map 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。

以下代码：

Map<String, String> map = new HashMap<String, String>();  
map.put("name", "hollis");  
map.put("wechat", "Hollis");  
map.put("blog", "www.hollischuang.com");  
复制代码

解语法糖之后会变成：

Map map = new HashMap();  
map.put("name", "hollis");  
map.put("wechat", "Hollis");  
map.put("blog", "www.hollischuang.com");  
复制代码

以下代码：

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;
}
复制代码

类型擦除后会变成：

 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;
}
复制代码

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。比如并不存在 List<String>.class 或是 List<Integer>.class ，而只有 List.class 。

糖块三、 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。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：

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

反编译后代码如下:

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

再来看个自动拆箱的代码：

public static void main(String[] args) {

    Integer i = 10;
    int n = i;
}
复制代码

反编译后代码如下：

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

从反编译得到内容可以看出，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。

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。

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。它允许一个方法把任意数量的值作为参数。

看下以下可变参数代码，其中print方法接收可变参数：

public static void main(String[] args)
    {
        print("Holis", "公众号: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]);
    }
}
复制代码

反编译后代码：

 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]);

}
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从反编译后代码可以看出，可变参数在被使用的时候，他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。

PS：反编译后的print方法声明中有一个transient标识，是不是很奇怪？transient不是不可以修饰方法吗？transient不是和序列化有关么？transient在这里的作用是什么？因为这个与本文关系不大，这里不做深入分析了。相了解的同学可以关注我微信公众号或者博客。

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 可以将一组具名的值的有限集合创建为一种新的类型，而这些具名的值可以作为常规的程序组件使用，这是一种非常有用的功能。

要想看源码，首先得有一个类吧，那么枚举类型到底是什么类呢？是 enum 吗？答案很明显不是， enum 就和 class 一样，只是一个关键字，他并不是一个类，那么枚举是由什么类维护的呢，我们简单的写一个枚举：

public enum t {
    SPRING,SUMMER;
}
复制代码

然后我们使用反编译，看看这段代码到底是怎么实现的，反编译后代码内容如下：

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
        });
    }
}
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通过反编译后代码我们可以看到， public final class T extends Enum ，说明，该类是继承了 Enum 类的，同时 final 关键字告诉我们，这个类也是不能被继承的。 当我们使用 enmu 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。

糖块六 、 内部类

内部类又称为嵌套类，可以把内部类理解为外部类的一个普通成员。

内部类之所以也是语法糖，是因为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，就会生成两个完全不同的 .class 文件了，分别是 outer.class 和 outer$inner.class 。所以内部类的名字完全可以和它的外部类名字相同。

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;
        }
    }
}
复制代码

以上代码编译后会生成两个class文件： OutterClass$InnerClass.class 、 OutterClass.class 。当我们尝试对 OutterClass.class 文件进行反编译的时候，命令行会打印以下内容： Parsing OutterClass.class...Parsing inner class OutterClass$InnerClass.class... Generating OutterClass.jad 。他会把两个文件全部进行反编译，然后一起生成一个 OutterClass.jad 文件。文件内容如下：

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;
}
复制代码

糖块七 、条件编译

—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。

如在C或CPP中，可以通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。我们先来看一段代码：

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!");
        }
    }
}
复制代码