揭秘Java switch语句中的case穿透现象

导语：在 Java 开发中，我们经常使用switch语句来进行条件判断和分支选择。然而，有一个令人困惑的现象就是，当某个case语句没有加上break关键字时，程序会继续执行下一个case语句，这被称为case穿透现象。本文将揭秘case穿透现象的原因，并解释为何会出现这种行为。

1. switch 语句简介

在开始揭秘case穿透现象之前，我们先简单回顾一下switch语句的基本用法。switch语句用于根据变量的不同取值执行相应的代码块。其语法结构如下：

switch (expression) {case value1:// 执行代码块1break;case value2:// 执行代码块2break;...default:// 默认代码块
}

switch case支持的6种数据类型：switch 表达式后面的数据类型只支持byte、short、int整形类型、字符类型char、枚举类型和java.lang.String类型。

根据expression的值，程序会跳转到对应的case语句进行匹配并执行相应的代码块，直到遇到break关键字或者到达switch语句的结尾。

如果某个case语句没有break，程序会继续执行下一个case语句，这就是case穿透现象。

我们看下面这个例子。

public class Test {public static void main(String[] args) {int i = 0;switch (i) {case 0:System.out.println("0");case 1:System.out.println("1");case 2:System.out.println("2");}}
}

打印结果：

0
1
2

2. case穿透现象的原因

按照惯用套路，看看字节码能不能给个答案。

javac编译和javap查看：

> javap -c -l Test.class
Compiled from "Test.java"
public class com.atu.algorithm.aTest.Test {public com.atu.algorithm.aTest.Test();Code:0: aload_01: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V4: returnLineNumberTable:line 8: 0public static void main(java.lang.String[]);Code:0: iconst_01: istore_12: iload_13: tableswitch   { // 0 to 20: 281: 362: 44default: 52}28: getstatic     #2                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;31: ldc           #3                  // String 033: invokevirtual #4                  // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V36: getstatic     #2                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;39: ldc           #5                  // String 141: invokevirtual #4                  // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V44: getstatic     #2                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;47: ldc           #6                  // String 249: invokevirtual #4                  // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V52: returnLineNumberTable:line 10: 0line 11: 2line 13: 28line 15: 36line 17: 44line 19: 52
}

根据提供的字节码，我们来解释一下case穿透的情况。

在main方法中，通过tableswitch指令实现了一个switch语句。switch语句会根据值进行跳转，并执行对应的代码块。

在这个例子中，根据tableswitch指令的参数 {0 to 2}，case的范围是从0到2。

• 当switch的表达式的值为0时，程序会跳转到标签为28的位置，然后继续执行28标签处的代码块。
• 为1时跳转到标号36代码处；
• 为2时跳转到标号44代码处；
• default则跳转到标号52代码处。

这不，答案就出来了，当case 0匹配了之后，直接跳转到标号28代码处开始执行，输出0，然后策马奔腾，一路下坡，顺序执行完后面所有代码，直到标号52 return，方法完执行完成，程序结束。

如果按照正常的思维，是不是case 0匹配之后，跳到28，执行完28、31、32输出0之后，就应该直接跳走，直接执行49。

那么，这个【跳走】用字节码应该怎么表示？

关于 goto

再写代码样例，这次我们在代码中给每个case都加上break。

public class Test {public static void main(String[] args) {int i = 0;switch (i) {case 0:System.out.println("0");break;case 1:System.out.println("1");break;case 2:System.out.println("2");break;}System.out.println("Hello World");}
}

打印结果：

0
Hello World

重新编译，再来看看字节码。

Compiled from "Test.java"
public class com.atu.algorithm.aTest.Test {public com.atu.algorithm.aTest.Test();   Code:                                  0: aload_0                                                                  1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V4: returnLineNumberTable:line 8: 0public static void main(java.lang.String[]);Code:0: iconst_01: istore_12: iload_13: tableswitch   { // 0 to 20: 281: 392: 50default: 58}28: getstatic     #2                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;31: ldc           #3                  // String 033: invokevirtual #4                  // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V36: goto          5839: getstatic     #2                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;42: ldc           #5                  // String 144: invokevirtual #4                  // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V47: goto          5850: getstatic     #2                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;53: ldc           #6                  // String 255: invokevirtual #4                  // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V58: getstatic     #2                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;61: ldc           #7                  // String Hello World63: invokevirtual #4                  // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V66: returnLineNumberTable:line 10: 0line 11: 2line 13: 28line 14: 36line 16: 39line 17: 47line 19: 50line 22: 58line 23: 66
}

如图，与第一次的字节码相比，在标号36、47都有了goto指令。如果case 0匹配成功，则跳到标号28执行，执行完代码块对应的31、33指令之后，执行36的goto指令跳转到标号58，这样就跳出了switch作用范围，case 1和2也不会被执行。

在Java字节码中，goto指令用于无条件跳转到指定的目标代码块。它可以实现程序的跳转和循环控制。

等等，怎么少了一个goto，在标号58的上方应该还有一个goto才对！

其实这就涉及到了编译器优化技术，最后一个goto也是跳转到标号58的指令，但没有goto下一步也一样顺序执行此行指令，所以这个goto被编译器视为无用代码进行了消除。

3. switch和if的区别

先用if实现上面switch逻辑。

public class Test {public static void main(String[] args) {int i = 0;if (i == 0) {System.out.println(0);} else if (i == 1) {System.out.println(1);} else if (i == 2) {System.out.println(2);}System.out.println("Hello World");}
}

编译成字节码

Compiled from "Test.java"
public class com.atu.algorithm.aTest.Test {public com.atu.algorithm.aTest.Test();Code:0: aload_01: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V4: returnLineNumberTable:line 8: 0public static void main(java.lang.String[]);Code:0: iconst_01: istore_12: iload_13: ifne          166: getstatic     #2                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;9: iconst_010: invokevirtual #3                  // Method java/io/PrintStream.println:(I)V13: goto          4316: iload_117: iconst_118: if_icmpne     3121: getstatic     #2                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;24: iconst_125: invokevirtual #3                  // Method java/io/PrintStream.println:(I)V28: goto          4331: iload_132: iconst_233: if_icmpne     4336: getstatic     #2                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;39: iconst_240: invokevirtual #3                  // Method java/io/PrintStream.println:(I)V43: getstatic     #2                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;46: ldc           #4                  // String Hello World48: invokevirtual #5                  // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V51: return
}

「ifne」和「if_icmpne」是Java字节码指令中的两个条件分支指令，用于在程序执行过程中进行条件判断并跳转到相应的代码块。它们的区别在于操作数类型和比较方式。

• ifne：操作数类型为int，功能是当栈顶元素不等于零时，跳转到指定的代码块。
• if_icmpne：操作数类型为int，当两个int类型的数值不相等时，跳转到指定的代码块。

从字节码也可以看出if和switch的区别：

• if条件和代码块的字节码是顺序的，switch条件和代码块是分开的；
• if自动生成goto指令，switch只有加了break才生成goto指令。

4. 总结

1. case穿透现象：指在switch语句中，当某个case语句没有break，程序会继续执行下一个case语句。
2. case中的break作用是告诉前端编译器：「给每个case对应代码块的最后加上goto」。这样，执行完匹配上的代码之后，就可以略过后面的case代码块了。
3. switch都支持哪些类型呢？
   • 基本数据类型：byte, short, char, int
   • 包装数据类型：Byte, Short, Character, Integer
   • 枚举类型：Enum
   • 字符串类型：String（Jdk 7+ 开始支持）