Java：通过字节码看if-else和switch-case

Posted 2023-02-05 bdmh

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条件语句是我们使用非常频繁的语法之一，其中if-else和switch-case最为常用，那很多同学也会有疑惑，这两种方式有什么区别，哪个效率更高一些呢。接下来我们就从字节码的角度，看看这两种方法的实现。

先来看看if-else。

public void foo(int i) 
    if (i == 1)
        System.out.println(1);
    else if (i == 2)
        System.out.println(2);
    else if (i == 3)
        System.out.println(3);

从代码字面上理解，应该是自上而下，以此判断，那到底是不是呢，看看字节码。

iload_1将变量（i）推至栈顶，iconst_1将第一个整型常量（1）推至栈顶。

然后通过if_icmpne来判断这两个值是否相等，如果相等，就执行打印，然后跳转到第42行，结束（下同），如果不相等，就跳转至第15行。15行这次是取出第二个常量（2）去和 i 做比较，如果不相等，跳转至第30行，取出第三个数值（3）去和 i 做比较，如果不相等，跳转到第42行，结束。

从字节码看，确实if-else是顺序判断，直到找到符合条件的。

那switch-case又是怎样工作的呢？

先大概讲一下，switch-case会创建一个table，每条case的值，作为key，对应着这个条件要跳转到的指令行。

table有两种，tableswitch和lookupswitch，每个条件的值之间的比较连贯的，会使用tableswitch，否则会使用lookupswitch，而且lookupswitch会对所有的case的值进行排序，保证是有序的，这样可以提高查找效率。

接下来看例子。

public void useCase(int i) 
    switch (i)
        case 1:
            System.out.println(1);
            break;
        case 2:
            System.out.println(2);
            break;
        case 4:
            System.out.println(4);
            break;
        case 6:
            System.out.println(6);
            break;
        default:
            System.out.println(0);
    

1，2，4，6这是四种条件分支，不连续，但是间隔较小，所以JVM会使用tableswitch，看看字节码是什么样。

  public void useCase(int);
    descriptor: (I)V
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=2, locals=2, args_size=2
         0: iload_1
         //注意table中的数据
         1: tableswitch    // 1 to 6
                       1: 40
                       2: 50
                       3: 80
                       4: 60
                       5: 80
                       6: 70
                 default: 80
            

先看看tableswitch的内容，我们发现，比我们的四种数据多了两种，把1～6之间的缺少的值，补充了进去，形成一个连续的表。它们对应的指令行都是80，那第80行是什么呢？其实就是default语句那一个分支。因为补充的这两个在代码中是不存在的，所以就让它指向default就行了。

当判断时，系统会判断你输入的值是否在1～6之间，如果不在，就直接跳到default，如果在，那就定位就好了，所以需要是一个连续的table。table中每一个数值后面对应这要跳转到的指令行，根据key取到行号，跳就是了。

40，50，60，70分别对应这每个条件的打印代码，执行完后，跳转到87（return）。

下面我们把条件的值改一下，让它的间隔大一些。

public void useCase(int i) 
    switch (i)
        case 10:
            System.out.println(10);
            break;
        case 50:
            System.out.println(50);
            break;
        case 30:
            System.out.println(30);
            break;
        default:
            System.out.println(0);
    

我们的顺序是10，50，30，看看字节码。

  public void useCase(int);
    descriptor: (I)V
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=2, locals=2, args_size=2
         0: iload_1
         1: lookupswitch   // 3
                      10: 36
                      30: 58
                      50: 47
                 default: 69
            

系统使用了lookupswitch，而且，它的排序是10，30，50，是按照升序排列的，变成了有序的。也没有像tableswitch那样，填充间隔，所以它们的查找方式是不一样的。

因为是有序的，所以可以采取诸如二分法的算法，来提高查找效率。

理解力两种条件语句的实现方式，那么该如何选择呢？

如果条件简单而且比较少if-else也没问题，毕竟switch-case要生成一个table，占用了一定的空间，如果条件多，if-else不但不美观，而且顺序执行的效率也是比较低的。所以这时候采用switch-case是合理的。