JavaSwitch原理與使用

一、Switch語句

switch語句可以根據表達式的值，跳轉到匹配的case語句，並執行與之對應的代碼塊。它的語法如下：

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

其中的variable就是需要比較的表達式，value1、value2等是可能的取值，可以有多個case語句，default語句是可選的。

在執行switch語句時，首先會計算variable的值，並與每個case語句中的value進行比較，如果有匹配的，就跳轉到該case語句，並執行其中的代碼塊。如果沒有匹配的，就執行default語句中的代碼塊（如果有），或直接跳出switch語句。

二、Switch的處理方式

在JVM中，switch語句的處理方式有兩種：tableswitch和lookupswitch。它們的選擇是根據case值的分布情況來進行的。

1. tableswitch

當case值是連續的、可枚舉的整數時，JVM會使用tableswitch來處理switch語句。這種方式會生成一張跳轉表（也叫分派表），其中存儲了每個case值所對應的代碼塊的地址，switch語句會通過計算variable的值，在跳轉表中查找對應的代碼塊並跳轉到該地址執行。

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;
}

在這個例子中，JVM會生成一個數組，存儲四個代碼塊的地址。對於variable=2，JVM會直接跳轉到數組的第三個元素執行。

2. lookupswitch

當case值沒有連續、不規則或者數量較少時，JVM會使用lookupswitch來處理switch語句。這種方式不會生成跳轉表，而是對每個case值都進行一次比較，直到找到匹配的值為止。

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;
}

在這個例子中，JVM會對每個case值進行比較，直到匹配到variable=2的情況，然後跳轉到對應的代碼塊執行。

三、JavaSwitch的優化

Switch語句由於其跳轉表和查找表的特性，在某些情況下會比if語句更快。

然而，JVM會對switch語句進行優化，以提高其性能。具體為：

1. 表達式計算優化

JVM會對switch語句中的變量表達式進行計算優化，避免在每次執行switch時都重新計算表達式的值。

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;
        }
    }
}

在這個例子中，JVM只會在第一次執行時計算x+y的值，後面的執行均直接使用計算結果。

2. 分派表和查找表的優化

如果case值的數量非常少，JVM可能會優化為使用比較語句來代替跳轉表或者查找表。

3. JIT優化

JVM的即時編譯器（JIT）會對switch語句的代碼進行優化，使得它可以更快地執行。例如，JIT會對生成的跳轉表進行排序，並盡量將代碼塊的目標地址放置在當前頁內。

四、JavaSwitch的使用場景

switch語句在以下場景中會比if語句更適用：

1. 分支數量較多

當分支數量較多（至少4個以上），而且各個分支的代碼長度較短（最好不超過兩行）時，switch語句會更容易維護。

2. 分支離散度較高

當分支的值比較離散，沒有明顯的規律，並且不是所有情況下都會滿足條件時，switch語句可以大大提高代碼的可讀性和可維護性。

3. 分支值類型屬於整型或枚舉類型

switch語句能以較快的速度執行整型或枚舉類型的判斷，在這些情況下，使用switch語句會比if語句更快。

五、JavaSwitch的缺陷

switch語句也有一些缺陷，需要注意：

1. 分支中沒有break語句

如果在分支中忘記了寫break語句，會導致多個case語句被執行，這可能會導致程序出現異常。

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");
}

在這個例子中，對於variable=2，會同時輸出2、3和default。

2. 分支數量過多

當分支數量過多時，JVM可能會無法將跳轉表的地址存儲在一個單一的快中，從而導致代碼的性能逐漸下降。

3. 分支值類型屬於其他類型

對於其他類型的值，switch語句會將其轉換為整型，這可能會導致類型的丟失或者不匹配，從而導致程序出現異常。

六、代碼示例

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;
        }
    }
}