JVM總結-Java語法糖與Java編譯器

自動裝箱與自動拆箱

首先要提到的即是 Java 的自動裝箱（auto-boxing）和自動拆箱（auto-unboxing）。

咱們知道，Java 語言擁有 8 個基本類型，每一個基本類型都有對應的包裝（wrapper）類型。

之因此須要包裝類型，是由於許多 Java 核心類庫的 API 都是面向對象的。舉個例子，Java 核心類庫中的容器類，就只支持引用類型。

當須要一個可以存儲數值的容器類時，咱們每每定義一個存儲包裝類對象的容器。

對於基本類型的數值來講，咱們須要先將其轉換爲對應的包裝類，再存入容器之中。在 Java 程序中，這個轉換能夠是顯式，也能夠是隱式的，後者正是 Java 中的自動裝箱。

public int foo() { ArrayList<Integer> list = new ArrayList<>(); list.add(0); int result = list.get(0); return result; }

以上圖中的 Java 代碼爲例。我構造了一個 Integer 類型的 ArrayList，而且向其中添加一個 int 值 0。而後，我會獲取該 ArrayList 的第 0 個元素，並做爲 int 值返回給調用者。這段代碼對應的 Java 字節碼以下所示：

public int foo(); Code: 0: new java/util/ArrayList 3: dup 4: invokespecial java/util/ArrayList."<init>":()V 7: astore_1 8: aload_1 9: iconst_0 10: invokestatic java/lang/Integer.valueOf:(I)Ljava/lang/Integer; 13: invokevirtual java/util/ArrayList.add:(Ljava/lang/Object;)Z 16: pop 17: aload_1 18: iconst_0 19: invokevirtual java/util/ArrayList.get:(I)Ljava/lang/Object; 22: checkcast java/lang/Integer 25: invokevirtual java/lang/Integer.intValue:()I 28: istore_2 29: iload_2 30: ireturn

當向泛型參數爲 Integer 的 ArrayList 添加 int 值時，便須要用到自動裝箱了。在上面字節碼偏移量爲 10 的指令中，咱們調用了 Integer.valueOf 方法，將 int 類型的值轉換爲 Integer 類型，再存儲至容器類中。

public static Integer valueOf(int i) { if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high) return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)]; return new Integer(i); }

這是 Integer.valueOf 的源代碼。能夠看到，當請求的 int 值在某個範圍內時，咱們會返回緩存了的 Integer 對象；而當所請求的 int 值在範圍以外時，咱們則會新建一個 Integer 對象。

在介紹反射的那一篇中，我曾經提到參數 java.lang.Integer.IntegerCache.high。這個參數將影響這裏面的 IntegerCache.high。

也就是說，咱們能夠經過配置該參數，擴大 Integer 緩存的範圍。Java 虛擬機參數 -XX:+AggressiveOpts 也會將 IntegerCache.high 調整至 20000。

奇怪的是，Java 並不支持對 IntegerCache.low 的更改，也就是說，對於小於 -128 的整數，咱們沒法直接使用由 Java 核心類庫所緩存的 Integer 對象。

當從泛型參數爲 Integer 的 ArrayList 取出元素時，咱們獲得的實際上也是 Integer 對象。若是應用程序期待的是一個 int 值，那麼就會發生自動拆箱。

在咱們的例子中，自動拆箱對應的是字節碼偏移量爲 25 的指令。該指令將調用 Integer.intValue 方法。這是一個實例方法，直接返回 Integer 對象所存儲的 int 值。

泛型與類型擦除

你可能已經留意到了，在前面例子生成的字節碼中，往 ArrayList 中添加元素的 add 方法，所接受的參數類型是 Object；而從 ArrayList 中獲取元素的 get 方法，其返回類型一樣也是 Object。

前者還好，可是對於後者，在字節碼中咱們須要進行向下轉換，將所返回的 Object 強制轉換爲 Integer，方能進行接下來的自動拆箱。

之因此會出現這種狀況，是由於 Java 泛型的類型擦除。這是個什麼概念呢？簡單地說，那即是 Java 程序裏的泛型信息，在 Java 虛擬機裏所有都丟失了。這麼作主要是爲了兼容引入泛型以前的代碼。

固然，並非每個泛型參數被擦除類型後都會變成 Object 類。對於限定了繼承類的泛型參數，通過類型擦除後，全部的泛型參數都將變成所限定的繼承類。也就是說，Java 編譯器將選取該泛型所能指代的全部類中層次最高的那個，做爲替換泛型的類。

class GenericTest<T extends Number> { T foo(T t) { return t; } }

舉個例子，在上面這段 Java 代碼中，我定義了一個 T extends Number 的泛型參數。它所對應的字節碼以下所示。能夠看到，foo 方法的方法描述符所接收參數的類型以及返回類型都爲 Number。方法描述符是 Java 虛擬機識別方法調用的目標方法的關鍵。

T foo(T); descriptor: (Ljava/lang/Number;)Ljava/lang/Number; flags: (0x0000) Code: stack=1, locals=2, args_size=2
       0: aload_1 1: areturn Signature: (TT;)TT;

既然泛型會被類型擦除，那麼咱們還有必要用它嗎？

我認爲是有必要的。Java 編譯器能夠根據泛型參數判斷程序中的語法是否正確。舉例來講，儘管通過類型擦除後，ArrayList.add 方法所接收的參數是 Object 類型，可是往泛型參數爲 Integer 類型的 ArrayList 中添加字符串對象，Java 編譯器是會報錯的。

橋接方法

泛型的類型擦除帶來了很多問題。其中一個即是方法重寫。

總結與實踐

今天我主要介紹了 Java 編譯器對幾個語法糖的處理。

基本類型和其包裝類型之間的自動轉換，也就是自動裝箱、自動拆箱，是經過加入 [Wrapper].valueOf（如 Integer.valueOf）以及 [Wrapper].[primitive]Value（如 Integer.intValue）方法調用來實現的。

Java 程序中的泛型信息會被擦除。具體來講，Java 編譯器將選取該泛型所能指代的全部類中層次最高的那個，做爲替換泛型的具體類。

因爲 Java 語義與 Java 字節碼中關於重寫的定義並不一致，所以 Java 編譯器會生成橋接方法做爲適配器。此外，我還介紹了 foreach 循環以及字符串 switch 的編譯。