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面试回答

知识扩展

如何解语法糖?

糖块一、swith 支持 String 与枚举

糖块二、泛型

糖块三、自动装箱与拆箱

糖块四、枚举

糖块五、条件编译

糖块六、断言

糖块七、数值字面量

糖块八、for-each

糖块九、try-with-resource

可能遇到的坑

泛型

自动装箱与拆箱

总结


面试回答

语法糖(Syntactic sugar),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。

虽然 Java 中有很多语法糖,但是 Java 虚拟机并不支持这些语法糖,所以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,这样才能被虚拟机识别,这个过程就是解语法糖。

如果看过 Java 虚拟机的源码,就会发现在编译过程中有一个重要的步骤就是调用 desugar() ,这个方法就是负责解语法糖的实现。

常见的语法糖有 switch 支持枚举及字符串、泛型、条件编译、断言、可变参数、自动装箱/拆箱、枚举、内部类、增强 for 循环、try-with-resources 语句、lambda 表达式等。

知识扩展

如何解语法糖?

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 .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。

糖块一、swith 支持 String 与枚举

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 swith开始支持 String

在开始 coding 之前先科普下,Java 中的 switch自身原本就支持基本类型。比如 intchar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 byteshortchar 以及int (ascii 码是整型)。

那么接下来看下 switchString 的支持,如以下代码:

public class main {


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

    }
}

反编译后内容如下:

public class main
{

    public main()
    {
    }

    public static void main(String args[])
    {
        String str = "word";
        String s = str;
        byte byte0 = -1;
        switch(s.hashCode())
        {
        case 99162322: 
            if(s.equals("hello"))
                byte0 = 0;
            break;

        case 113318802: 
            if(s.equals("world"))
                byte0 = 1;
            break;
        }
        switch(byte0)
        {
        case 0: // '\0'
            System.out.println("hello");
            break;

        case 1: // '\001'
            System.out.println("world");
            break;
        }
    }
}

看到这个代码,你知道原来字符串的 switch 是通过 equals()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 specializationCode 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。将多种泛型类型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","tango");
        map.put("wechat","Tango");
        map.put("blog","https://www.baidu.com");

解语法糖之后会变成:

        Map map = new HashMap();
        map.put("name", "tango");
        map.put("wechat", "Tango");
        map.put("blog", "https://www.baidu.com");

以下代码:

 public static <A extends Comparable<A>> A max(Collection<A> xs) {
        Iterator<A> xi = xs.iterator();
        A w = (Comparable)xi.next();

        while(xi.hasNext()) {
            A x = (Comparable)xi.next();
            if (w.compareTo(x) < 0) {
                w = x;
            }
        }

        return w;
    }

类型擦除之后会变成:

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

虚拟机中没有泛型,只有普通类和普通方法,所欲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 的对象,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 boolan 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 = 0;
        Integer n = i;
    }

反编译后代码如下:

    public static void main(String args[])
    {
        int i = 0;
        Integer n = Integer.valueOf(i);
    }

再来看个自动拆箱的代码:

    public static void main(String[] args) {
        Integer n = 0;
        int i = n;
    }

反编译后代码如下:

    public static void main(String args[])
    {
        Integer n = Integer.valueOf(0);
        int i = n.intValue();
    }

从反编译得到内容可以看出,在装箱的时候自动调用的是 IntegervalueOf方法。而在拆箱的时候自动调用的是 IntegerintValue的方法。

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、枚举

在 Java 中,枚举是一种特殊的数据类型,用于表示有限的一组常量。枚举常量是在枚举类型中定义的,每个常量都是该类型的一个实例。Java 中的枚举类型是一种安全而优雅的方式来表示有限的一组值。

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;
}

然后我们使用反编译,看看这段代码到底是怎么实现的,反编译后代码如下:


public final class t extends Enum
{

    public static t[] values()
    {
        return (t[])$VALUES.clone();
    }

    public static t valueOf(String name)
    {
        return (t)Enum.valueOf(com/chiyi/test/t, name);
    }

    private t(String s, int i)
    {
        super(s, i);
    }

    public static final t SPRING;
    public static final t SUMMER;
    private static final t $VALUES[];

    static 
    {
        SPRING = new t("SPRING", 0);
        SUMMER = new t("SUMMER", 1);
        $VALUES = (new t[] {
            SPRING, SUMMER
        });
    }
}

通过反编译代码我们可以看到,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 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。

糖块五、条件编译

一般情况下,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 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!");
        }
    }

反编译后代码如下:

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

首先,我们发现,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。

所以,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。通过该方式实现的条件编译,必须在方法体内实现,而无法在整个 Java 类的结构或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 语言设计之初并没有引入条件编译的功能。虽有局限,但是总比没有更强、

糖块六、断言

在 Java 中, assert关键字是从 JAVA SE 1.4 引入的,为了避免和老版本的 Java 代码中使用了 assert 关键字导致错误, Java 执行的时候默认是不启动断言检查的(这个时候,所有的断言语句都将忽略!),如果要开启断言检查,则需要用开关 -enableassertions-ea来开启。

看一段包含断言的代码:

    public static void main(String[] args) {
        int a = 1;
        int b = 1;
        assert a == b;
        System.out.println("公众号:Tango");
        assert a != b : "Tango";
        System.out.println("百度:https://www.baidu.com");
    }

反编译后代码如下:

  public static void main(String args[])
    {
        int a = 1;
        int b = 1;
        if(!$assertionsDisabled && a != b)
            throw new AssertionError();
        System.out.println("\u516C\u4F17\u53F7\uFF1ATango");
        if(!$assertionsDisabled && a == b)
        {
            throw new AssertionError("Tango");
        } else
        {
            System.out.println("\u767E\u5EA6\uFF1Ahttps://www.baidu.com");
            return;
        }
    }

很明显,反编译之后的代码要比我们自己的代码复杂得多。所以,使用了 assert 这个语法糖我们节省了很多代码。其实断言的底层实现就是 if 语句,如果断言结果为 true,则什么都不做,程序继续执行,如果断言结果为 false,则程序抛出 AssertError 来打断程序的执行。-enableassertions 会设置 $assertionsDisabled 字段的值。

糖块七、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。

比如:

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

反编译后:

    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的 _,需要在编译阶段把他去掉。

糖块八、for-each

增强 for 循环(for-each)相信大家都不陌生,日常开发经常会用到的,它会比 for 循环要少写很多代码,那么这个语法糖背后是如何实现的呢?

    public static void main(String[] args) {
        String [] strs={"南京","合肥","深圳","北京"};
        for (String s:strs){
            System.out.println(s);
        }
        List<String> strings= ImmutableList.of("南京","合肥","深圳","北京") ;
        for (String s:strings){
            System.out.println(s);
        }
    }

反编译后代码如下:

    public static void main(String args[])
    {
        String strs[] = {
            "\u5357\u4EAC", "\u5408\u80A5", "\u6DF1\u5733", "\u5317\u4EAC"
        };
        String args1[] = strs;
        int i = args1.length;
        for(int j = 0; j < i; j++)
        {
            String s = args1[j];
            System.out.println(s);
        }

        List strings = ImmutableList.of("\u5357\u4EAC", "\u5408\u80A5", "\u6DF1\u5733", "\u5317\u4EAC");
        String s;
        for(Iterator iterator = strings.iterator(); iterator.hasNext(); System.out.println(s))
            s = (String)iterator.next();

    }

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。

糖块九、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 close 方法将其关闭,否则资源会一直处于打开状态,可能会导致内存泄漏等问题。

关闭资源的常用方式就是在 finally 块里是释放,即调用 close方法。比如经常会写这样的代码:

 public static void main(String[] args) {
        BufferedReader br = null;
        try {
            String line;
            br = new BufferedReader(new FileReader(
                    "D:\\youth\\java\\javacode\\base\\src\\main\\resources\\application.properties"));
            while ((line = br.readLine()) != null) {
                System.out.println(line);
            }

        } catch (
                IOException e) {

        } finally {
            try {
                if (br != null) {
                    br.close();
                }
            } catch (IOException ex) {
            	//handle exception
            }

        }
    }

在 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,效果如下:

    public static void main(String[] args) {
        try (  BufferedReader br =new BufferedReader(new FileReader(
                "D:\\tango.xml"))){
            String line;
            while ((line = br.readLine()) != null) {
                System.out.println(line);
            }

        } catch (
                IOException e) {
            //handle exception
        }
    }

看,这简直是一大福音啊,虽然我之前一般使用 IOUtils去关闭流,并不会使用在 finally中写很多代码的方式,但是这种新的语法糖看上去好像优雅很多呢。看下他的背后:

  public static void main(String args[])
    {
        BufferedReader br;
        Throwable throwable;
        br = new BufferedReader(new FileReader("D:\\tango.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;
    }

其实背后的原理也很简单,那些我们没有做的关闭资源的操作,编译器都帮我们做了。所以,再次印证了,语法糖的作用就是方便程序员的作用,但最终还是要转成编译器认识的语言。

可能遇到的坑

泛型

一、当泛型遇到重载

比如:

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

    public static void print(List<Integer> list){
        System.out.println("invoke print(List<String> 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。因为我们前面讲过,参数 List 和 List 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。

二、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。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>MyException<Integer>的。

三、当泛型内含静态变量

    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);
    }

    static class GT<T>{
        public static int var=0;
        public void nothing(T x){}
    }

以上代码输出结果为:2!由于经过类型擦除,所有的泛型类实例都关联到同一份字节码上,泛型类的所有静态变量是共享的。

自动装箱与拆箱

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 Java 5 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。

只适用于自动装箱。使用构造函数创建对象不适用。

总结

前面介绍了 9 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。想要被执行,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。

08-17 21:23