JavaSwitch原理与使用

一、Switch语句

switch语句可以根据表达式的值，跳转到匹配的case语句，并执行与之对应的代码块。它的语法如下：

switch (variable) {
    case value1:
        // 代码块1
        break;
    case value2:
        // 代码块2
        break;
    ...
    default:
        // 代码块n
        break;
}

其中的variable就是需要比较的表达式，value1、value2等是可能的取值，可以有多个case语句，default语句是可选的。

在执行switch语句时，首先会计算variable的值，并与每个case语句中的value进行比较，如果有匹配的，就跳转到该case语句，并执行其中的代码块。如果没有匹配的，就执行default语句中的代码块（如果有），或直接跳出switch语句。

二、Switch的处理方式

在JVM中，switch语句的处理方式有两种：tableswitch和lookupswitch。它们的选择是根据case值的分布情况来进行的。

1. tableswitch

当case值是连续的、可枚举的整数时，JVM会使用tableswitch来处理switch语句。这种方式会生成一张跳转表（也叫分派表），其中存储了每个case值所对应的代码块的地址，switch语句会通过计算variable的值，在跳转表中查找对应的代码块并跳转到该地址执行。

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

在这个例子中，JVM会生成一个数组，存储四个代码块的地址。对于variable=2，JVM会直接跳转到数组的第三个元素执行。

2. lookupswitch

当case值没有连续、不规则或者数量较少时，JVM会使用lookupswitch来处理switch语句。这种方式不会生成跳转表，而是对每个case值都进行一次比较，直到找到匹配的值为止。

int variable = 2;
switch (variable) {
    case 1:
        System.out.println("1");
        break;
    case 100:
        System.out.println("100");
        break;
    case 1000:
        System.out.println("1000");
        break;
    case 2:
        System.out.println("2");
        break;
    default:
        System.out.println("default");
        break;
}

在这个例子中，JVM会对每个case值进行比较，直到匹配到variable=2的情况，然后跳转到对应的代码块执行。

三、JavaSwitch的优化

Switch语句由于其跳转表和查找表的特性，在某些情况下会比if语句更快。

然而，JVM会对switch语句进行优化，以提高其性能。具体为：

1. 表达式计算优化

JVM会对switch语句中的变量表达式进行计算优化，避免在每次执行switch时都重新计算表达式的值。

public class SwitchTest {
    public static void main(String[] args) {
        int x = 1, y = 2;
        switch (x + y) {
            case 1:
                System.out.println("1");
                break;
            case 2:
                System.out.println("2");
                break;
            case 3:
                System.out.println("3");
                break;
            default:
                System.out.println("default");
                break;
        }
    }
}

在这个例子中，JVM只会在第一次执行时计算x+y的值，后面的执行均直接使用计算结果。

2. 分派表和查找表的优化

如果case值的数量非常少，JVM可能会优化为使用比较语句来代替跳转表或者查找表。

3. JIT优化

JVM的即时编译器（JIT）会对switch语句的代码进行优化，使得它可以更快地执行。例如，JIT会对生成的跳转表进行排序，并尽量将代码块的目标地址放置在当前页内。

四、JavaSwitch的使用场景

switch语句在以下场景中会比if语句更适用：

1. 分支数量较多

当分支数量较多（至少4个以上），而且各个分支的代码长度较短（最好不超过两行）时，switch语句会更容易维护。

2. 分支离散度较高

当分支的值比较离散，没有明显的规律，并且不是所有情况下都会满足条件时，switch语句可以大大提高代码的可读性和可维护性。

3. 分支值类型属于整型或枚举类型

switch语句能以较快的速度执行整型或枚举类型的判断，在这些情况下，使用switch语句会比if语句更快。

五、JavaSwitch的缺陷

switch语句也有一些缺陷，需要注意：

1. 分支中没有break语句

如果在分支中忘记了写break语句，会导致多个case语句被执行，这可能会导致程序出现异常。

int variable = 2;
switch (variable) {
    case 1:
        System.out.println("1");
    case 2:
        System.out.println("2");
    case 3:
        System.out.println("3");
    default:
        System.out.println("default");
}

在这个例子中，对于variable=2，会同时输出2、3和default。

2. 分支数量过多

当分支数量过多时，JVM可能会无法将跳转表的地址存储在一个单一的快中，从而导致代码的性能逐渐下降。

3. 分支值类型属于其他类型

对于其他类型的值，switch语句会将其转换为整型，这可能会导致类型的丢失或者不匹配，从而导致程序出现异常。

六、代码示例

public class JavaSwitchExample {
    public static void main(String[] args) {
        int value = 1;
        switch (value) {
            case 1:
                System.out.println("One");
                break;
            case 2:
                System.out.println("Two");
                break;
            case 3:
                System.out.println("Three");
                break;
            default:
                System.out.println("Not matched");
                break;
        }
    }
}