说说Java中你不知道switch关键字的奥秘

Posted 2020-11-29 dengchengchao

Switch语法

switch作为Java内置关键字，却在项目中真正使用的比较少。关于switch，还是有那么一些奥秘的。

要什么switch，我有if-else

确实，项目中使用switch比较少的一个主要原因就在于它的作用能被if-else代替，况且switch对类型的限制，也阻碍了switch的进一步使用。

先看看switch的语法：

switch(exp){
    case exp1:
        break;
    case exp2:
        break;
    default:
        break;
}

其中exp的类型限制为：byte ,short , int , char,及其包装类，以及枚举和String(JDK1.7)

为什么要有这些限制？

如果说，switch的功能和if-else的一模一样，那么它存在的意义在哪里？

答案是：switch和if-else在设计的时候，是有一定的性能差别的。

看代码：

public class Test {

    public static void switchTest(int a) {

        switch (a) {
            case 1:
                System.out.println("1");
                break;
            case 2:
                System.out.println("2");
                break;
            default:
                System.out.println("3");
                break;
        }
    }
}

javap  -c Test.class

结果如下：

  public static void switchTest(int);
    Code:
       0: iload_0
       1: lookupswitch  { // 2
                     1: 28
                     2: 39
               default: 50
          }
          
    ...

这里面省略一些代码。

可以发现，switch是通过lookupswitch指令实现。那么lookupswitch指令是干嘛的呢？

在Java se8文档中的描述可以大概知道：

switch可以被编译为两种指令

• lookupswitch：当switch的case比较稀疏的时候，使用该指令对int值的case进行一一比较，直至找到对应的case（这里的查找，可以优化为二分查找）
• tableswitch：当switch的case比较密集的时候，使用case的值作为switch的下标，可以在时间复杂度为O(1)的情况下找到对应的case(可以类比HashMap)

并且文档中还有一段描述：

Java虚拟机的tableswitch和 lookupswitch指令仅对int数据有效。因为对 byte，char或或short值的操作在内部被提升为int，所以对其switch表达式求值为其中一个类型进行编译，就好像它被计算为要键入一样int。如果 chooseNear方法是使用type编写的，则使用类型时 short将生成相同的Java虚拟机指令int。其他数字类型必须缩小到类型int 以便在a中使用switch。

现在，我们应该能够明白，为什么switch关键字会有类型限制了，因为 switch所被翻译的关键字是被限制为int类型的，至于为什么是int，我猜应该是基于性能和实现的复杂度的考量吧。

int之外的类型

我们明白了byte,shor,char,int能被作为switch类型后，再看看枚举和String

public static void switchTest(String a) {

        switch (a) {
            case "1":
                System.out.println("1");
                break;
            case "2":
                System.out.println("2");
                break;
            default:
                System.out.println("3");
                break;
        }
    }

编译生成Test.class。拖入IDEA进行反编译得到如下代码：

   public static void switchTest(String a) {
        byte var2 = -1;
        switch(a.hashCode()) {
        case 49:
            if (a.equals("1")) {
                var2 = 0;
            }
            break;
        case 50:
            if (a.equals("2")) {
                var2 = 1;
            }
        }

        switch(var2) {
        case 0:
            System.out.println("1");
            break;
        case 1:
            System.out.println("2");
            break;
        default:
            System.out.println("3");
        }

    }

可以看见，JDK7 所支持的String类型是通过获取String的hashCode来进行选择的，也就是本质上还是int.为什么String可以这样干？这取决于String是一个不变类。

为了防止hash碰撞，代码更加保险的进行了equals判断。

再来看看Enum

public static void switchTest(Fruit a) {
    switch (a) {
        case Orange:
            System.out.println("Orange");
            break;
        case Apple:
            System.out.println("Apple");
            break;
        default:
            System.out.println("Banana");
            break;
    }

}

编译生成Test.class。拖入IDEA进行反编译得到如下代码：

    public static void switchTest(Fruit a) {
        switch(1.$SwitchMap$com$dengchengchao$Fruit[a.ordinal()]) {
        case 1:
            System.out.println("Orange");
            break;
        case 2:
            System.out.println("Apple");
            break;
        default:
            System.out.println("Banana");
        }

    }

可以看到，枚举支持switch更加简单，直接通过枚举的顺序即可作为相关case

总之：

• switch的设计按道理来说，是比if-else要快的，但是在99.99%的情况下，他们性能差不多，除非case分支量巨大,但是在case分支过多的情况下，一般应该考虑使用多态重构了。
• switch虽然支持byte,int,short,char,enum,String但是本质上都是int，其他的只是编译器帮你进行了语法糖优化而已。

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