史上将switch原理讲得最透彻的文章

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上一期说了一下java判断语句中if和switch在使用上的区别，以及个人的使用习惯，今天来说一下他们在底层的实现原理。当然了，if的实现原理非常简单，就是顺序查找，没啥可说的，但是switch的原理，还是值得说一下的。

一、switch支持的类型

1.byte，short，char，int四种基本类型
2.byte，short，char，int四种基本类型对应包装类
3.String类型
4.enum类型

其实从严格意义上来讲，switch的底层，只支持int一种类型，但是其他类型可以通过各种方式转换为int类型，每种类型的转换方式如下：

1.byte，short，char三种基本类型可以隐式地自动转换为int类型

2.byte，short，char，int四种基本类型对于的包装类，实际上是做了自动拆箱，先转换成各自对应的基本类型后，在隐式的转换为int类型

3.String类型，取的是String对象的hashCode值，hashCode就是int类型

4.enum类型，enum类型实际上就是一个数组，取得是数组的下标。

但是看到这里大家会不会有一个疑问，那就是每种整数类型的都支持了，为什么没有支持long类型呢？这个问题我们后面会解答。

二、switch的实现原理

我们看下图1所示的代码以及图2对应的字节码：

我们在图1的代码中，case的分支条件有从11到20，这10个分支条件，那图2字节码中我标红的部分，是一个tableswitch指令，我们可以把这个指令的内容理解成一个数组，数组中的每个元素，冒号前面的，是记录的我们case分支条件的值，即11到20，此时我们记录start=11，end=20，而冒号后面的，即定位到这个分支条件后，要跳转到的执行代码的行数。如果你想查找某个值key，它会首先看你这个值是否在start和end的范围内，如果在，则直接用key-start，计算出数组的下标，找到数组中的元素，如果不在，则直接执行default部分，这种的查找方式，时间复杂度为O(1)，效率非常高。

但是这是有人可能会问了，你图一的代码中，case分支的条件的值都是连续的，那如果不是连续的呢？是不是就不能用这种算法了。我们可以看下图3的代码：

我们删掉了几个分支条件，让其不是连续的，然后我们在看图4的字节码：

发现其实它会自动的把缺少的分支条件，自动的补齐，使其成为连续的，此时这种算法还是生效的。

但是我们图3的代码，虽然它的分支条件不连续，但是每个分支条件的值还都比较集中，这样它自动补齐的时候，需要补齐的数据也非常少，但是如果分支的条件不集中呢？这时如果再自动补齐，就需要补齐大量的数据，严重的浪费空间，所以这时候，这种算法就不合适了，我们可以看下图五的代码以及图六对应得字节码：

图5代码中，case分支条件非常不集中，所以我们在看图6的字节码中，这时就不在使用tableswitch指令了，而是使用了lookupswitch指令，这个指令了内容中，没有像tableswitch指令一样实现自动补齐，所以就不能根据数组下标去查找了，这时采用的二分查找的方式。

三、switch为什么不支持long？

1.上面我们在讲到switch原理的时候，提到了两个指令，一个tableswitch，一个lookupswitch，这两个指令中，支持的最大的范围就是int，所以无法支持long。

2.int的范围已经足够大了，已经到了20多个亿了，我们在日常的代码编写中，很少会有对这么大的数据做switch的，我觉得java的设计者，也是考虑到这一点，觉得没有必要支持long类型。

四、switch方式如何支持String类型

我们可以看下图7所示的代码和图8对于的字节码：

我们发现其实他是在底层调用了String的hasecode方法，然后把返回值作为case的分支条件，从而支持String类型。

五、switch方式如何支持enum类型

我们可以看下图九所示的代码和图十对于的字节码：

我们发现其实他是在底层调用了enum的ordinal方法，然后把返回值作为case的分支条件，从而支持enum类型。

到这里呢，switch的原理就说完了，但是还是像昨天说的一样，我在日常的编码中，几乎从来不用switch，虽然说它的效率要比if高，但是这种效率的差异，只有在分支条件特别多的时候才能体现出来。但是如果分支条件特别多了，不管用if还是switch，对后期的维护都是一个灾难。所以我在分支条件少的时候，会选择用if，当分支条件多的时候，我会用合适的设计模式来处理。

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作者介绍：

贠学文，具有多有经验的java开发工程师，业余时间利用头条分享技术知识点与自己对技术的感悟，帮助对自己未来感到迷茫的程序员，在技术上得到提升。结识一些志同道合的朋友，相互促进，共同进步。