Java8 Lambda運算式深入學習（4） -- Java8實現方式

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前幾篇文章討論了函數式介面和Lambda運算式文法、invokedynamic指令，以及Groovy2如何利用indy指令。本篇文章在前面幾篇的基礎之上，簡要介紹Java8底層是如何?Lambda運算式的。

範例程式碼

本文將以下面的代碼為例展開討論：

import java.util.Arrays;import java.util.List;public class LambdaImplTest {        public static void main(String[] args) {        m1(Arrays.asList(args));    }        public static void m1(List<String> list) {        list.sort((a, b) -> a.length() - b.length());    }    }

插入invokedynamic指令

直接利用匿名類來實現Lambda運算式肯定也是可行的，這樣，Lambda運算式就只是Java編譯器的文法糖而已。但是Java8並沒有這樣做，而是使用了更複雜（也更靈活）的方式：利用indy指令。顯然，這種方式需要編譯器和JVM一同配合來實現。編譯器會在每個Lambda運算式出現的地方插入一條indy指令，同時還必須在class檔案裡產生相應的CONSTANT_InvokeDynamic_info常量池項和BootstrapMethods屬性等資訊。這些資訊將這條indy指令的bootstrap方法指向LambdaMetafactory.metafactory(...)方法。

插入lambda$x&y方法

用javac編譯LambdaImplTest.java，然後用javap -v -p反編譯.class檔案，可以看到，編譯器產生了一個lambda$m1$0方法，並且將Lambda運算式的內容搬到了裡面：

編譯器會按照一定的規則來給Lambda運算式產生方法，以保證這些方法不會重名。如果把位元組碼還原成Java代碼的話，LambdaImplTest看起來會像下面這樣：

public class LambdaImplTest {        public static void main(String[] args) {        m1(Arrays.asList(args));    }        public static void m1(List<String> list) {        list.sort(/*lambda*/);    }        private static int lambda$m1$0(String a, String b) {        return a.length() - b.length();    }    }

LambdaMetafactory.metafactory(...)方法

當JVM第一次執行到這條indy指令的時候，它會找到這條指令相應的bootstrap方法，然後調用該方法，得到一個CallSite。下面是metafactory()方法的代碼：

    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();    }

從代碼可以猜到，Java8內部也是以內部類的方式來實現Lambda運算式的。而InnerClassLambdaMetafactory的buildCallSite()方法證明了這一點，buildCallSite()方法太長，這裡就不貼代碼了，總之它會調用一個叫做spinInnerClass()的方法，正是這個方法使用位元組碼工具在記憶體中產生了一個類。

觀察spinInnerClass()產生的類

如果我們在啟動JVM的時候設定系統屬性"jdk.internal.lambda.dumpProxyClasses"的話，spinnerClass()方法就會將產生的類儲存到檔案中，以方便調試。如果我們用下面的命令運行LambdaImplTest，就能在“目前的目錄”看到這個類：

java -Djdk.internal.lambda.dumpProxyClasses LambdaImplTest

LambdaImplTest$$Lambda$1.class

同樣可以使用javap命令來反編譯這個class檔案，下面是反編譯結果（我自己把javap結果轉成了java檔案）：

final class LambdaImplTest$$Lambda$1 implements java.util.Comparator {        private LambdaImplTest$$Lambda$1() {    }    public int compare(Object a, Object b) {        return LambdaImplTest.lambda$m1$0:((String) a, (String) b);    }}

可見這個內部類實現了Comparator介面，compare()方法只是調用lambda$m1$0()方法而已。繼續分析buildCallSite()方法可知，JVM接著執行個體化了這個內部類的一個執行個體，然後建立了一個ConstantCallSite，它的目標MethodHandle指向內部類執行個體的compare()方法。

文字描述很難說清楚問題，下面我畫了一張：

總結

上面分析了最簡單的Lambda運算式的Java內部實現，如果Lambda運算式捕獲了外部參數的話，情況會稍微複雜一點。不過結論仍然不變：Java8底層也是以內部類的方式來實現Lambda運算式的。