Lambda 表達式是什么拔鹰？JVM 內(nèi)部究竟是如何實現(xiàn) Lambda 表達式的仪缸？為什么要這樣實現(xiàn)？
基本概念
Lambda 表達式
下面的例子中格郁，() -> System.out.println("1") 就是一個 Lambda 表達式腹殿。Java 8 中每一個 Lambda 表達式必須有一個函數(shù)式接口與之對應(yīng)。Lambda 表達式就是函數(shù)式接口的一個實現(xiàn)例书。
@Test
public void test0() {
Runnable runnable = () -> System.out.println("1");
runnable.run();
ToIntBiFunction<Integer, Integer> function = (n1, n2) -> n1 + n2;
System.out.println(function.applyAsInt(1, 2));
ToIntBiFunction<Integer, Integer> function2 = Integer::sum;
System.out.println(function2.applyAsInt(1, 2));
}
大致形式就是 (param1, param2, param3, param4…) -> { doing…… };
函數(shù)式接口
首先要從 FunctionalInterface 注解講起
An informative annotation type used to indicate that an interface type declaration is intended to be a functional interface as defined by the Java Language Specification. Conceptually, a functional interface has exactly one abstract method. Since default methods have an implementation, they are not abstract. If an interface declares an abstract method overriding one of the public methods of java.lang.Object, that also does not count toward the interface's abstract method count since any implementation of the interface will have an implementation from java.lang.Object or elsewhere.
簡單總結(jié)一下函數(shù)式接口的特征：
- FunctionalInterface 注解標注一個函數(shù)式接口锣尉，不能標注類，方法决采，枚舉自沧，屬性這些。
- 如果接口被標注了 @FunctionalInterface树瞭，這個類就必須符合函數(shù)式接口的規(guī)范拇厢。
- 即使一個接口沒有標注 @FunctionalInterface，如果這個接口滿足函數(shù)式接口規(guī)則晒喷，依舊可以被當(dāng)作函數(shù)式接口孝偎。
注意：interface 中重寫 Object 類中的抽象方法，不會增加接口的方法數(shù)凉敲，因為接口的實現(xiàn)類都是 Object 的子類衣盾。
我們可以看到 Runnable 接口爷抓，里面只有一個抽象方法 run()势决，則這個接口就是一個函數(shù)式接口。
@FunctionalInterface
public interface Runnable {
public abstract void run();
}
方法引用
所謂方法引用蓝撇，是指如果某個方法簽名和接口恰好一致果复，就可以直接傳入方法引用。文章開頭的示例中渤昌，下面這塊代碼就是方法引用虽抄。
ToIntBiFunction<Integer, Integer> function2 = Integer::sum;
java.lang.Integer#sum 的實現(xiàn)如下：
public static int sum(int a, int b) {
return a + b;
}
比如我們計算一個 Stream 的和走搁，可以直接傳入 Integer::sum 這個方法引用。
@Test
public void test1() {
Integer sum = IntStream.range(0, 10).boxed().reduce(Integer::sum).get();
System.out.println(sum);
}
上面的代碼中迈窟，為什么可以直接在 reduce 方法中傳入 Integer::sum 這個方法引用呢朱盐？這是因為 reduce 方法的入?yún)⒕褪?BinaryOperator 的函數(shù)式接口。
Optional<T> reduce(BinaryOperator<T> accumulator);
BinaryOperator 是繼承自 BiFunction菠隆，定義如下：
@FunctionalInterface
public interface BiFunction<T, U, R> {
R apply(T t, U u);
default <V> BiFunction<T, U, V> andThen(Function<? super R, ? extends V> after) {
Objects.requireNonNull(after);
return (T t, U u) -> after.apply(apply(t, u));
}
}
可以看到，只要是符合 R apply(T t, U u); 的方法引用狂秘，都可以傳入 reduce 中骇径。可以是上面代碼中的 Integer::sum者春，也可以是 Integer::max破衔。
深入實現(xiàn)原理
字節(jié)碼
首先寫 2 個 Lambda 方法：
public class LambdaMain {
public static void main(String[] args) {
new Thread(() -> System.out.println("1")).start();
IntStream.range(0, 5).boxed().filter(i -> i < 3).map(i -> i + "").collect(Collectors.toList());
}
}
之后 javac LambdaMain.java 編譯成字節(jié)碼文件，再通過 javap -p LambdaMain 輸出 class 文件的所有類和成員钱烟，得到輸出結(jié)果：
Compiled from "LambdaMain.java"
public class test.jdk.LambdaMain {
public test.jdk.LambdaMain();
public static void main(java.lang.String[]);
private static java.lang.String lambda$main$2(java.lang.Integer);
private static boolean lambda$main$1(java.lang.Integer);
private static void lambda$main$0();
}
- 輸出的
void lambda$main$0()對應(yīng)的是() -> System.out.println("1") - 輸出的
boolean lambda$main$1(java.lang.Integer)對應(yīng)的是i -> i < 3 - 輸出的
java.lang.String lambda$main$2(java.lang.Integer)對應(yīng)的是i -> i + ""
我們可以看出 Lambda 表達式在 Java 8 中首先會生成一個私有的靜態(tài)函數(shù)晰筛。
為什么不使用匿名內(nèi)部類？
如果要在 Java 語言中實現(xiàn) lambda 表達式拴袭，生成匿名內(nèi)部類就可以輕松實現(xiàn)读第。但是 JDK 為什么沒有這么實現(xiàn)呢？這是因為匿名內(nèi)部類有一些缺點拥刻。
- 每個匿名內(nèi)部類都會在
編譯時創(chuàng)建一個對應(yīng)的class 文件怜瞒，在運行時不可避免的會有加載、驗證般哼、準備吴汪、解析、初始化等類加載過程蒸眠。 - 每次調(diào)用都會創(chuàng)建一個這個
匿名內(nèi)部類 class 的實例對象漾橙，無論是有狀態(tài)的（使用到了外部的變量）還是無狀態(tài)（沒有使用外部變量）的內(nèi)部類。
invokedynamic
本來要寫文字的楞卡，但是俺發(fā)現(xiàn)俺總結(jié)的思維導(dǎo)圖還挺清晰的霜运，直接提出來吧，囧臀晃。
詳情見 Class LambdaMetafactory 官方文檔觉渴，java.lang.invoke.LambdaMetafactory#metafactory 的實現(xiàn)。
public static CallSite metafactory(MethodHandles.Lookup caller,
String invokedName,
MethodType invokedType,
MethodType samMethodType,
MethodHandle implMethod,
MethodType instantiatedMethodType)
throws LambdaConversionException {
AbstractValidatingLambdaMetafactory mf;
mf = new InnerClassLambdaMetafactory(caller, invokedType,
invokedName, samMethodType,
implMethod, instantiatedMethodType,
false, EMPTY_CLASS_ARRAY, EMPTY_MT_ARRAY);
mf.validateMetafactoryArgs();
return mf.buildCallSite();
}
其主要的概念有如下幾個：
- invokedynamic 字節(jié)碼指令：運行時 JVM 第一次到某個地方的這個指令的時候會進行 linkage徽惋，會調(diào)用用戶指定的 Bootstrap Method 來決定要執(zhí)行什么方法案淋，之后便不需要這個步驟。
- Bootstrap Method: 用戶可以自己編寫的方法险绘，最終需要返回一個 CallSite 對象踢京。
- CallSite: 保存 MethodHandle 的容器誉碴，里面有一個 target MethodHandle。
MethodHandle: 真正要執(zhí)行的方法的指針瓣距。
測試一下 Lambda 函數(shù)生成的字節(jié)碼黔帕，為了方便起見，java 代碼改成如下：
public class LambdaMain {
public static void main(String[] args) {
new Thread(() -> System.out.println("1")).start();
}
}
先編譯成 class 文件蹈丸，之后再反匯編 javap -c -p LambdaMain 看下輸出：
Compiled from "LambdaMain.java"
public class test.jdk.LambdaMain {
public test.jdk.LambdaMain();
Code:
0: aload_0
1: invokespecial #1 // Method java/lang/Object."<init>":()V
4: return
public static void main(java.lang.String[]);
Code:
0: new #2 // class java/lang/Thread
3: dup
4: invokedynamic #3, 0 // InvokeDynamic #0:run:()Ljava/lang/Runnable;
9: invokespecial #4 // Method java/lang/Thread."<init>":(Ljava/lang/Runnable;)V
12: invokevirtual #5 // Method java/lang/Thread.start:()V
15: return
private static void lambda$main$0();
Code:
0: getstatic #6 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
3: ldc #7 // String 1
5: invokevirtual #8 // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
8: return
}
可以看到 Thread 里的 Runnable 實現(xiàn)是通過 invokedynamic 調(diào)用的成黄。詳細情況 JVM 虛擬機規(guī)范，等有時間再補充吧~~~
總結(jié)
- Lambda 表達式在 Java 中最終編譯成
私有的靜態(tài)函數(shù)逻杖，JDK 最終使用 invokedynamic 字節(jié)碼指令調(diào)用奋岁。
