内容摘要：条件判断语句是程序的重要组成部分，也是系统业务逻辑的控制手段。重要程度和使用频率更是首屈一指，那我们要如何选择 if 还是 switch 呢？他们的性能差别有多大？switch 性能背后的秘密是什么？

 

条件判断语句是快还快解程序的重要组成部分，也是密s秘密系统业务逻辑的控制手段。重要程度和使用频率更是快还快解首屈一指，那我们要如何选择 if 还是密s秘密 switch 呢？他们的性能差别有多大？switch 性能背后的秘密是什么？接下来让我们一起来寻找这些问题的答案。

switch VS if

要尽量使用 switch 因为他的快还快解性能比较高，但具体高多少？密s秘密以及为什么高的原因将在本文为你揭晓。

我们依然借助 Oracle 官方提供的快还快解 JMH（Java Microbenchmark Harness，JAVA 微基准测试套件）框架来进行测试，密s秘密首先引入 JMH 框架，快还快解在 pom.xml 文件中添加如下配置： 

<!-- https://mvnrepository.com/artifact/org.openjdk.jmh/jmh-core -->  <dependency>     <groupId>org.openjdk.jmh</groupId>     <artifactId>jmh-core</artifactId>     <version>1.23</version>  </dependency> 

然后编写测试代码，密s秘密我们这里添加 5 个条件判断分支，快还快解具体实现代码如下： 

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,密s秘密 time = 1, timeUnit = TimeUnit.SECONDS) // 预热 2 轮，每次 1s  @Measurement(iterations = 5,快还快解 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()) // 要导入的密s秘密测试类                  .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 的快还快解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。服务器租用

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."<init>":()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 个分支判断时的亿华云测试结果为，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."<init>":()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 使用的源码下载 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。

总结

switch 的判断条件是 5 个时，性能比 if 高出了约 2.3 倍，而当判断条件的数量越多时，他们的性能相差就越大。而 switch 在编译为字节码时，会根据 switch 的判断条件是否紧凑生成两种代码：tableswitch（紧凑时生成）和 lookupswitch（非紧凑时生成），其中 tableswitch 是采用类似于数组的存储结构，直接根据索引查询元素；而 lookupswitch 则需要逐个查询或者使用二分法查询，因此 tableswitch 的性能会比 lookupswitch 的性能高，但无论如何 switch 的性能都比 if 的性能要高。