从字节码来分析 Switch 和 if 操作字符串时候的不同

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2023年09月03日 04:37 · 阅读数 21

平时经常会遇到一个需求，针对一个字符串变量的不同值，返回不同的数据或者进行不同的操作。可能我们会选择使用一堆if来判断，也可能会使用Switch来进行操作。那么这两个到底选择使用哪个好呢？我们这次从字节码角度来分析看下。

存在如下两个方法：

public int a(String n) {
    switch (n) {
        case "12":
            return 1;
        case "14":
            return 2;
        case "sss":
            return 4;
        default:
            return 5;
    }
}

public int b(String n){

    if (n.equals("12")) {
        return 1;
    } else if (n.equals("14")) {
        return 2;
    } else if (n.equals("sss")){
        return 4;
    } else {
        return 5;
    }
}

这两个方法实现的功能一样，都是对于输入的字符串N，根据N的不同值，返回不同的对应的整型。那么我们该优先选择哪个呢？

先看下字节码。

对于方法 a

  0 aload_1
  1 astore_2
  2 iconst_m1
  3 istore_3
  4 aload_2
  5 invokevirtual #2 <java/lang/String.hashCode : ()I>
  8 lookupswitch 3
	  1569:  44 (+36)
	  1571:  58 (+50)
	  114195:  72 (+64)
	  default:  83 (+75)
  44 aload_2
  45 ldc #3 <12>
  47 invokevirtual #4 <java/lang/String.equals : (Ljava/lang/Object;)Z>
  50 ifeq 83 (+33)
  53 iconst_0
  54 istore_3
  55 goto 83 (+28)
  58 aload_2
  59 ldc #5 <14>
  61 invokevirtual #4 <java/lang/String.equals : (Ljava/lang/Object;)Z>
  64 ifeq 83 (+19)
  67 iconst_1
  68 istore_3
  69 goto 83 (+14)
  72 aload_2
  73 ldc #6 <sss>
  75 invokevirtual #4 <java/lang/String.equals : (Ljava/lang/Object;)Z>
  78 ifeq 83 (+5)
  81 iconst_2
  82 istore_3
  83 iload_3
  84 tableswitch 0 to 2
	   0:  112 (+28)
	   1:  114 (+30)
	   2:  116 (+32)
	   default:  118 (+34)
  112 iconst_1
  113 ireturn
  114 iconst_2
  115 ireturn
  116 iconst_4
  117 ireturn
  118 iconst_5

对于上述JVM字节码指令，大体含义流程如下图。

从字节码来分析 Switch 和 if 操作字符串时候的不同

原理：

1. 底层存在两个表，
2. 一个是基于case中对应的key字符串的hashcode和指令地址映射关系的表，这个数组下标是不连续的，所以是通过指令 lookupswitch 来查找
3. 另一个是保存Switch中每个case返回值的数组，这个数组下标从0开始，数据是连续的，取值时候直接通过下标来取值，所以是 tableswitch
4. 对于java Switch一个字符串，会先根据传入的字符串N的hashCode找到其对应下一步指令地址
5. 找到对应指令地址后，会去将其在tableSwitch中的数组下标存储到对应的操作数栈中
6. 到tableSwitch中通过下标直接取到对应的值。

通过上述流程原理，可以计算出，Switch一个字符串的耗时是固定的，无论case有多少，操作步骤一样多，所以耗时一样。永远都是4步。

    1. 取hashCod
    2. lookupswitch
    3. equals
    4. tableswitch

我们接下来看下连续if语句的字节码原理：

 0 aload_1
 1 ldc #3 <12>
 3 invokevirtual #4 <java/lang/String.equals : (Ljava/lang/Object;)Z>
 6 ifeq 11 (+5)
 9 iconst_1
10 ireturn
11 aload_1
12 ldc #5 <14>
14 invokevirtual #4 <java/lang/String.equals : (Ljava/lang/Object;)Z>
17 ifeq 22 (+5)
20 iconst_2
21 ireturn
22 aload_1
23 ldc #6 <sss>
25 invokevirtual #4 <java/lang/String.equals : (Ljava/lang/Object;)Z>
28 ifeq 33 (+5)
31 iconst_4
32 ireturn
33 iconst_5
34 ireturn

对于上述JVM字节码指令，大体含义流程如下图。

从字节码来分析 Switch 和 if 操作字符串时候的不同

原理很简单：

从第一个if开始，依次判断比对if里的条件，只要满足就返回对应结果，否则跳转到下一个指令地址继续比对。

对于这种连续if，字节码很单纯，就是按照顺序比对if，所以如果if条件越多，对于越靠后的if条件，判断时候花费时间就越多。

如果对于每个if条件被满足触发的概率相同，那么总消耗时间就是 1+2+3+..+n = (n + 1)n/2

比较两种方式

第一种方式耗时永远是4,第二种方式为(n+1)n/2,所以当n<3时，第二种方式总耗时小，当n>=3时候，第一种耗时少。

从字节码来分析 Switch 和 if 操作字符串时候的不同同时我们可以看到上图，在AS中，如果if大于等于3个时候，就会提示我们转为Switch，当Switch小于3个时候，就会提示我们转为if。进一步验证了我们的推论。

总结下两者的优劣和使用建议：

1. 在每个if条件触发概率一样的情况下，以3为界限，小于3个时候，使用连续if判断，大于等于3个时候改为Switch

2. Switch修饰一个字符串时候，会开辟额外的空间，相当于以空间换效率。

3. 对于if中条件触发概率不同的情况，触发概率大的if判断，要优先放到前边，这样可以提高效率。