Java基础学习总结（43）——Java8 Lambda揭秘

再了解了Java 8 Lambda的一些基本概念和应用后， 我们会有这样的一个问题: Lambda表达式被编译成了什么？。 这是一个有趣的问题，涉及到JDK的具体的实现。 本文将介绍OpenJDK对Lambda表达式的转换细节， 读者可以了解Java 8 Lambda表达式背景知识。

Brian Goetz是Oracle的Java语言架构师， JSR 335(Lambda Expression)规范的lead, 写了几篇Lambda设计方面的文章， 其中之一就是Translation of Lambda Expressions。 这篇文章介绍了Java 8 Lambda设计时的考虑以及实现方法。

他提到， Lambda表达式可以通过内部类， method handle, dynamic proxy等方式实现， 但是这些方法各有优劣。 真正要实现Lambda表达式， 必须兼顾两个目标： 一是不引入特定策略，以期为将来的优化提供最大的灵活性， 二是保持类文件格式的稳定。 通过Java 7中引入的invokedynamic （JSR 292）, 可以很好的兼顾这两个目标。

invokedynamic 在缺乏静态类型信息的情况下可以支持有效的灵活的方法调用。主要是为了日益增长的运行在JVM上的动态类型语言， 如Groovy, JRuby。

invokedynamic将Lambda表达式的转换策略推迟到运行时， 这也意味着我们现在编译的代码在将来的转换策略改变的情况下也能正常运行。

编译器在编译的时候， 会将Lambda表达式的表达式体 (lambda body)脱糖(desugar) 成一个方法，此方法的参数列表和返回类型和lambda表达式一致， 如果有捕获参数， 脱糖的方法的参数可能会更多一些， 并会产生一个invokedynamic调用， 调用一个call site。 这个call site被调用时会返回lambda表达式的目标类型(functional interface)的一个实现类。 这个call site称为这个lambda表达式的lambda
factory。 lambda factory的Bootstrap方法是一个标准方法， 叫做lambda metafactory。

编译器在转换lambda表达式时， 可以推断出表达式的参数类型，返回类型以及异常， 称之为natural signature， 我们将目标类型的方法签名称之为lambda descriptor, lambda factory的返回对象实现了函数式接口， 并且关联的表达式的代码逻辑， 称之为lambda object。

使用javap查看生成的字节码 javap -c -p -v com/colobu/lambda/chapter5/Lambda1.class:

可以看到， Lambda表达式体被生成一个称之为lambda$0的方法。 看字节码知道它调用System.out.println输出传入的参数。

原lambda表达式处产生了一条invokedynamic #19, 0。它会调用bootstrap方法。

如果Lambda表达式写成Consumer c = (Consumer & Serializable)s -> System.out.println(s);, 则BootstrapMethods的字节码为

它调用的是LambdaMetafactory.altMetafactory,和上面的调用的方法不同。#114 1意味着要实现Serializable接口。

字节码的指令含义可以参考这篇文章：Java bytecode instruction listings。

可以看到， Lambda表达式具体的转换是通过java.lang.invoke.LambdaMetafactory.metafactory实现的， 静态参数依照lambda表达式和目标类型不同而不同。

实际是由InnerClassLambdaMetafactory的buildCallSite来生成。 生成之前会调用validateMetafactoryArgs方法校验目标类型(SAM)方法的参数/和产生的方法的参数/返回值类型是否一致。

上面的代码基本上是InnerClassLambdaMetafactory.buildCallSite的包装，下面看看这个方法的实现：

其中spinInnerClass调用asm框架动态的产生SAM的实现类， 这个实现类的的方法将会调用编译时产生的那个实现方法。 你可以在编译的时候加上参数-Djdk.internal.lambda.dumpProxyClasses, 这样编译的时候会自动产生运行时spinInnerClass产生的类。

下面的代码中，在一个循环中重复生成调用lambda表达式，只会生成同一个lambda对象， 因为只有同一个invokedynamic指令。

既然LambdaMetafactory会使用asm框架生成一个匿名类， 那么这个类的类名有什么规律的。

后缀/中的数字是一个hash值, 那就是类对象的hash值c.getClass().hashCode()。

既然是类中的实实在在的方法，我们就可以直接调用。当然， 你在代码中直接写lambda$0()编译通不过， 因为Lambda表达式体还没有被抽取成方法。

但是在运行中我们可以通过反射的方式调用。 下面的例子使用发射和MethodHandle两种方式调用这个方法。

但是如果反注释capturedV.greeting = "hi"; 则没问题， 因为capturedV没有被重新赋值， 只是它指向的对象的属性有所变化。

这段代码不会产生一个类似”Lambda$0″新方法。 因为LambdaMetafactory会直接使用这个引用的方法。