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switch VS if
要尽量使用 switch 因为他的性能比较高，但具体高多少？以及为什么高的原因将在本文为你揭晓。
我们依然借助 Oracle 官方提供的 JMH（Java Microbenchmark Harness，JAVA 微基准测试套件）框架来进行测试，首先引入 JMH 框架，在 pom.xml 文件中添加如下配置：
org.openjdk.jmh jmh-core 1.23
然后编写测试代码，我们这里添加 5 个条件判断分支，具体实现代码如下：
import org.openjdk.jmh.annotations.*; import org.openjdk.jmh.runner.Runner; import org.openjdk.jmh.runner.RunnerException; import org.openjdk.jmh.runner.options.Options; import org.openjdk.jmh.runner.options.OptionsBuilder; import java.util.concurrent.TimeUnit; @BenchmarkMode(Mode.AverageTime) // 测试完成时间 @OutputTimeUnit(TimeUnit.NANOSECONDS) @Warmup(iterations = 2, time = 1, timeUnit = TimeUnit.SECONDS) // 预热 2 轮，每次 1s @Measurement(iterations = 5, time = 1, timeUnit = TimeUnit.SECONDS) // 测试 5 轮，每次 3s @Fork(1) // fork 1 个线程 @State(Scope.Thread) // 每个测试线程一个实例 public class SwitchOptimizeTest { static Integer _NUM = 9; public static void main(String[] args) throws RunnerException { // 启动基准测试 Options opt = new OptionsBuilder() .include(SwitchOptimizeTest.class.getSimpleName()) // 要导入的测试类 .output("/Users/admin/Desktop/jmh-switch.log") // 输出测试结果的文件 .build(); new Runner(opt).run(); // 执行测试 } @Benchmark public void switchTest() { int num1; switch (_NUM) { case 1: num1 = 1; break; case 3: num1 = 3; break; case 5: num1 = 5; break; case 7: num1 = 7; break; case 9: num1 = 9; break; default: num1 = -1; break; } } @Benchmark public void ifTest() { int num1; if (_NUM == 1) { num1 = 1; } else if (_NUM == 3) { num1 = 3; } else if (_NUM == 5) { num1 = 5; } else if (_NUM == 7) { num1 = 7; } else if (_NUM == 9) { num1 = 9; } else { num1 = -1; } } }以上代码的测试结果如下：
备注：本文的测试环境为：JDK 1.8 / Mac mini (2018) / Idea 2020.1
从以上结果可以看出（Score 列），switch 的平均执行完成时间比 if 的平均执行完成时间快了约 2.33 倍。
性能分析
为什么 switch 的性能会比 if 的性能高这么多？
这需要从他们字节码说起，我们把他们的代码使用 javac 生成字节码如下所示：
public class com.example.optimize.SwitchOptimize { static java.lang.Integer _NUM; public com.example.optimize.SwitchOptimize(); Code: 0: aload_0 1: invokespecial #1 // Method java/lang/Object."":()V 4: return public static void main(java.lang.String[]); Code: 0: invokestatic #7 // Method switchTest:()V 3: invokestatic #12 // Method ifTest:()V 6: return public static void switchTest(); Code: 0: getstatic #15 // Field _NUM:Ljava/lang/Integer; 3: invokevirtual #19 // Method java/lang/Integer.intValue:()I 6: tableswitch { // 1 to 9 1: 56 2: 83 3: 61 4: 83 5: 66 6: 83 7: 71 8: 83 9: 77 default: 83 } 56: iconst_1 57: istore_0 58: goto 85 61: iconst_3 62: istore_0 63: goto 85 66: iconst_5 67: istore_0 68: goto 85 71: bipush 7 73: istore_0 74: goto 85 77: bipush 9 79: istore_0 80: goto 85 83: iconst_m1 84: istore_0 85: return public static void ifTest(); Code: 0: getstatic #15 // Field _NUM:Ljava/lang/Integer; 3: invokevirtual #19 // Method java/lang/Integer.intValue:()I 6: iconst_1 7: if_icmpne 15 10: iconst_1 11: istore_0 12: goto 81 15: getstatic #15 // Field _NUM:Ljava/lang/Integer; 18: invokevirtual #19 // Method java/lang/Integer.intValue:()I 21: iconst_3 22: if_icmpne 30 25: iconst_3 26: istore_0 27: goto 81 30: getstatic #15 // Field _NUM:Ljava/lang/Integer; 33: invokevirtual #19 // Method java/lang/Integer.intValue:()I 36: iconst_5 37: if_icmpne 45 40: iconst_5 41: istore_0 42: goto 81 45: getstatic #15 // Field _NUM:Ljava/lang/Integer; 48: invokevirtual #19 // Method java/lang/Integer.intValue:()I 51: bipush 7 53: if_icmpne 62 56: bipush 7 58: istore_0 59: goto 81 62: getstatic #15 // Field _NUM:Ljava/lang/Integer; 65: invokevirtual #19 // Method java/lang/Integer.intValue:()I 68: bipush 9 70: if_icmpne 79 73: bipush 9 75: istore_0 76: goto 81 79: iconst_m1 80: istore_0 81: return static {}; Code: 0: iconst_1 1: invokestatic #25 // Method java/lang/Integer.valueOf:(I)Ljava/lang/Integer; 4: putstatic #15 // Field _NUM:Ljava/lang/Integer; 7: return } 这些字节码中最重要的信息是“getstatic #15”，这段代码表示取出“_NUM”变量和条件进行判断。
从上面的字节码可以看出，在 switch 中只取出了一次变量和条件进行比较，而 if 中每次都会取出变量和条件进行比较，因此 if 的效率就会比 switch 慢很多。
提升测试量
前面的测试代码我们使用了 5 个分支条件来测试了 if 和 switch 的性能，那如果把分支的判断条件增加 3 倍（15 个）时，测试的结果又会怎么呢？
增加至 15 个分支判断的实现代码如下：
package com.example.optimize; import org.openjdk.jmh.annotations.*; import org.openjdk.jmh.runner.Runner; import org.openjdk.jmh.runner.RunnerException; import org.openjdk.jmh.runner.options.Options; import org.openjdk.jmh.runner.options.OptionsBuilder; import java.util.concurrent.TimeUnit; @BenchmarkMode(Mode.AverageTime) // 测试完成时间 @OutputTimeUnit(TimeUnit.NANOSECONDS) @Warmup(iterations = 2, time = 1, timeUnit = TimeUnit.SECONDS) // 预热 2 轮，每次 1s @Measurement(iterations = 5, time = 1, timeUnit = TimeUnit.SECONDS) // 测试 5 轮，每次 3s @Fork(1) // fork 1 个线程 @State(Scope.Thread) // 每个测试线程一个实例 public class SwitchOptimizeTest { static Integer _NUM = 1; public static void main(String[] args) throws RunnerException { // 启动基准测试 Options opt = new OptionsBuilder() .include(SwitchOptimizeTest.class.getSimpleName()) // 要导入的测试类 .output("/Users/admin/Desktop/jmh-switch.log") // 输出测试结果的文件 .build(); new Runner(opt).run(); // 执行测试 } @Benchmark public void switchTest() { int num1; switch (_NUM) { case 1: num1 = 1; break; case 2: num1 = 2; break; case 3: num1 = 3; break; case 4: num1 = 4; break; case 5: num1 = 5; break; case 6: num1 = 6; break; case 7: num1 = 7; break; case 8: num1 = 8; break; case 9: num1 = 9; break; case 10: num1 = 10; break; case 11: num1 = 11; break; case 12: num1 = 12; break; case 13: num1 = 13; break; case 14: num1 = 14; break; case 15: num1 = 15; break; default: num1 = -1; break; } } @Benchmark public void ifTest() { int num1; if (_NUM == 1) { num1 = 1; } else if (_NUM == 2) { num1 = 2; } else if (_NUM == 3) { num1 = 3; } else if (_NUM == 4) { num1 = 4; } else if (_NUM == 5) { num1 = 5; } else if (_NUM == 6) { num1 = 6; } else if (_NUM == 7) { num1 = 7; } else if (_NUM == 8) { num1 = 8; } else if (_NUM == 9) { num1 = 9; } else if (_NUM == 10) { num1 = 10; } else if (_NUM == 11) { num1 = 11; } else if (_NUM == 12) { num1 = 12; } else if (_NUM == 13) { num1 = 13; } else if (_NUM == 14) { num1 = 14; } else if (_NUM == 15) { num1 = 15; } else { num1 = -1; } } }以上代码的测试结果如下：
从 Score 的值可以看出，当分支判断增加至 15 个，switch 的性能比 if 的性能高出了约 3.7 倍，而之前有 5 个分支判断时的测试结果为，switch 的性能比 if 的性能高出了约 2.3 倍，也就是说分支的判断条件越多，switch 性能高的特性体现的就越明显。
switch 的秘密
对于 switch 来说，他最终生成的字节码有两种形态，一种是 tableswitch，另一种是 lookupswitch，决定最终生成的代码使用那种形态取决于 switch 的判断添加是否紧凑，例如到 case 是 1...2...3...4 这种依次递增的判断条件时，使用的是 tableswitch，而像 case 是 1...33...55...22 这种非紧凑型的判断条件时则会使用 lookupswitch，测试代码如下：
public class SwitchOptimize { static Integer _NUM = 1; public static void main(String[] args) { tableSwitchTest(); lookupSwitchTest(); } public static void tableSwitchTest() { int num1; switch (_NUM) { case 1: num1 = 1; break; case 2: num1 = 2; break; case 3: num1 = 3; break; case 4: num1 = 4; break; case 5: num1 = 5; break; case 6: num1 = 6; break; case 7: num1 = 7; break; case 8: num1 = 8; break; case 9: num1 = 9; break; default: num1 = -1; break; } } public static void lookupSwitchTest() { int num1; switch (_NUM) { case 1: num1 = 1; break; case 11: num1 = 2; break; case 3: num1 = 3; break; case 4: num1 = 4; break; case 19: num1 = 5; break; case 6: num1 = 6; break; case 33: num1 = 7; break; case 8: num1 = 8; break; case 999: num1 = 9; break; default: num1 = -1; break; } } }对应的字节码如下：
public class com.example.optimize.SwitchOptimize { static java.lang.Integer _NUM; public com.example.optimize.SwitchOptimize(); Code: 0: aload_0 1: invokespecial #1 // Method java/lang/Object."":()V 4: return public static void main(java.lang.String[]); Code: 0: invokestatic #7 // Method tableSwitchTest:()V 3: invokestatic #12 // Method lookupSwitchTest:()V 6: return public static void tableSwitchTest(); Code: 0: getstatic #15 // Field _NUM:Ljava/lang/Integer; 3: invokevirtual #19 // Method java/lang/Integer.intValue:()I 6: tableswitch { // 1 to 9 1: 56 2: 61 3: 66 4: 71 5: 76 6: 81 7: 87 8: 93 9: 99 default: 105 } 56: iconst_1 57: istore_0 58: goto 107 61: iconst_2 62: istore_0 63: goto 107 66: iconst_3 67: istore_0 68: goto 107 71: iconst_4 72: istore_0 73: goto 107 76: iconst_5 77: istore_0 78: goto 107 81: bipush 6 83: istore_0 84: goto 107 87: bipush 7 89: istore_0 90: goto 107 93: bipush 8 95: istore_0 96: goto 107 99: bipush 9 101: istore_0 102: goto 107 105: iconst_m1 106: istore_0 107: return public static void lookupSwitchTest(); Code: 0: getstatic #15 // Field _NUM:Ljava/lang/Integer; 3: invokevirtual #19 // Method java/lang/Integer.intValue:()I 6: lookupswitch { // 9 1: 88 3: 98 4: 103 6: 113 8: 125 11: 93 19: 108 33: 119 999: 131 default: 137 } 88: iconst_1 89: istore_0 90: goto 139 93: iconst_2 94: istore_0 95: goto 139 98: iconst_3 99: istore_0 100: goto 139 103: iconst_4 104: istore_0 105: goto 139 108: iconst_5 109: istore_0 110: goto 139 113: bipush 6 115: istore_0 116: goto 139 119: bipush 7 121: istore_0 122: goto 139 125: bipush 8 127: istore_0 128: goto 139 131: bipush 9 133: istore_0 134: goto 139 137: iconst_m1 138: istore_0 139: return static {}; Code: 0: iconst_1 1: invokestatic #25 // Method java/lang/Integer.valueOf:(I)Ljava/lang/Integer; 4: putstatic #15 // Field _NUM:Ljava/lang/Integer; 7: return } 从上面字节码可以看出 tableSwitchTest 使用的 tableswitch，而 lookupSwitchTest 则是使用的 lookupswitch。
tableswitch VS lookupSwitchTest
当执行一次 tableswitch 时，堆栈顶部的 int 值直接用作表中的索引，以便抓取跳转目标并立即执行跳转。也就是说 tableswitch 的存储结构类似于数组，是直接用索引获取元素的，所以整个查询的时间复杂度是 O(1)，这也意味着它的搜索速度非常快。
而执行 lookupswitch 时，会逐个进行分支比较或者使用二分法进行查询，因此查询时间复杂度是 O(log n)，所以使用 lookupswitch 会比 tableswitch 慢。
接下来我们使用实际的代码测试一下，他们两个之间的性能，测试代码如下：
package com.example.optimize; import org.openjdk.jmh.annotations.*; import org.openjdk.jmh.runner.Runner; import org.openjdk.jmh.runner.RunnerException; import org.openjdk.jmh.runner.options.Options; import org.openjdk.jmh.runner.options.OptionsBuilder; import java.util.concurrent.TimeUnit; @BenchmarkMode(Mode.AverageTime) // 测试完成时间 @OutputTimeUnit(TimeUnit.NANOSECONDS) @Warmup(iterations = 2, time = 1, timeUnit = TimeUnit.SECONDS) // 预热 2 轮，每次 1s @Measurement(iterations = 5, time = 1, timeUnit = TimeUnit.SECONDS) // 测试 5 轮，每次 3s @Fork(1) // fork 1 个线程 @State(Scope.Thread) // 每个测试线程一个实例 public class SwitchOptimizeTest { static Integer _NUM = -1; public static void main(String[] args) throws RunnerException { // 启动基准测试 Options opt = new OptionsBuilder() .include(SwitchOptimizeTest.class.getSimpleName()) // 要导入的测试类 .build(); new Runner(opt).run(); // 执行测试 } @Benchmark public void tableSwitchTest() { int num1; switch (_NUM) { case 1: num1 = 1; break; case 2: num1 = 2; break; case 3: num1 = 3; break; case 4: num1 = 4; break; case 5: num1 = 5; break; case 6: num1 = 6; break; case 7: num1 = 7; break; case 8: num1 = 8; break; case 9: num1 = 9; break; default: num1 = -1; break; } } @Benchmark public void lookupSwitchTest() { int num1; switch (_NUM) { case 1: num1 = 1; break; case 11: num1 = 2; break; case 3: num1 = 3; break; case 4: num1 = 4; break; case 19: num1 = 5; break; case 6: num1 = 6; break; case 33: num1 = 7; break; case 8: num1 = 8; break; case 999: num1 = 9; break; default: num1 = -1; break; } } }以上代码的测试结果如下：
可以看出在分支判断为 9 个时，tableswitch 的性能比 lookupwitch 的性能快了约 1.3 倍。但即使这样 lookupwitch 依然比 if 查询性能要高很多。
感谢各位的阅读，以上就是“java中if快还是switch快”的内容了，经过本文的学习后，相信大家对java中if快还是switch快这一问题有了更深刻的体会，具体使用情况还需要大家实践验证。这里是创新互联，小编将为大家推送更多相关知识点的文章，欢迎关注！
