2021-06-08 20:48 清华大学 Java

关注

深入底层原理—带你看透Lambda表达式的本质

前言

嗨咯，大家好，今天给带大家深入底层原理看透Lambda表达式的本质，如果本文对你有帮助，记得一键三连一下！！

知识点

Lambda的原理

Java 8支持动态语言，看到很酷的Lambda表达式，对一直以静态类型语言自居的Java，让人看到了Java虚拟机可以支持动态语言的目标。

Lambda的案例

import java.util.function.Consumer;
public class Lambda {
   
	public static void main(String[] args) {
   
		Consumer<String> c = s -> System.out.println(s);
		c.accept("hello lambda!");
	}
}

Lambda表达式

刚看到这个表达式，感觉java的处理方式是属于内部匿名类的方式

public class Lambda {
   
	static {
   
		System.setProperty("jdk.internal.lambda.dumpProxyClasses", ".");
	}
	public static void main(String[] args) {
   
		Consumer<String> c = new Consumer<String>(){
   
			@Override
			public void accept(String s) {
   
				System.out.println(s);
			}
			};
		c.accept("hello lambda");
	}
}

编译的结果应该是Lambda.class , Lambda$1.class 猜测在支持动态语言java换汤不换药，在最后编译的时候生成我们常见的方式。但是结果不是这样的，只是产生了一个Lambda.class

反编译吧，来看看真相是什么？

javap -v -p Lambda.class

-p 参数会显示所有的方法，而不带默认是不会反编译private的方法的。

public Lambda();
    descriptor: ()V
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=1, locals=1, args_size=1
         0: aload_0
         1: invokespecial #21                 // Method java/lang/Object."<init>":()V
         4: return
      LineNumberTable:
        line 3: 0
      LocalVariableTable:
        Start  Length  Slot  Name   Signature
            0       5     0  this   LLambda;
  public static void main(java.lang.String[]);
    descriptor: ([Ljava/lang/String;)V
    flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC
    Code:
      stack=2, locals=2, args_size=1
         0: invokedynamic #30,  0             // InvokeDynamic #0:accept:()Ljava/util/function/Consumer;
         5: astore_1
         6: aload_1
         7: ldc           #31                 // String hello lambda
         9: invokeinterface #33,  2           // InterfaceMethod java/util/function/Consumer.accept:(Ljava/lang/Object;)V
        14: return
      LineNumberTable:
        line 8: 0
        line 9: 6
        line 10: 14
      LocalVariableTable:
        Start  Length  Slot  Name   Signature
            0      15     0  args   [Ljava/lang/String;
            6       9     1     c   Ljava/util/function/Consumer;
      LocalVariableTypeTable:
        Start  Length  Slot  Name   Signature
            6       9     1     c   Ljava/util/function/Consumer<Ljava/lang/String;>;
 
  private static void lambda$0(java.lang.String);
    descriptor: (Ljava/lang/String;)V
    flags: ACC_PRIVATE, ACC_STATIC, ACC_SYNTHETIC
    Code:
      stack=2, locals=1, args_size=1
         0: getstatic     #46                 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
         3: aload_0
         4: invokevirtual #50                 // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
         7: return
      LineNumberTable:
        line 8: 0
      LocalVariableTable:
        Start  Length  Slot  Name   Signature
            0       8     0     s   Ljava/lang/String;
 }
SourceFile: "Lambda.java"
BootstrapMethods:
  0: #66 invokestatic java/lang/invoke/LambdaMetafactory.metafactory:(Ljava/lang/invoke/MethodHandles$Lookup;Ljava/lang/String;Ljava/lang/invoke/MethodType;Ljava/lang/invoke/MethodType;Ljava/lang/invoke/MethodHandle;Ljava/lang/invoke/MethodType;)Ljava/lang/invoke/CallSite;
    Method arguments:
      #67 (Ljava/lang/Object;)V
      #70 invokestatic Lambda.lambda$0:(Ljava/lang/String;)V
      #71 (Ljava/lang/String;)V
InnerClasses:
     public static final #77= #73 of #75; //Lookup=class java/lang/invoke/MethodHandles$Lookup of class java/lang/invoke/MethodHandles

重点关注方法

Invokedynamic

Java的调用函数的四大指令（invokevirtual、invokespecial、invokestatic、invokeinterface)，通常方法的符号引用在静态类型语言编译时就能产生。
动态类型语言只有在运行期才能确定接收者类型，改变四大指令的语意对java的版本有很大的影响，所以在JSR 292 《Supporting Dynamically Typed Languages on the Java Platform》添加了一个新的指令：Invokedynamic。

// InvokeDynamic #0:accept:()Ljava/util/function/Consumer;
0: invokedynamic #30,0

#30 是代表常量#30也就是后面的注释InvokeDynamic #0🉑 ()Ljava/util/function/Consumer;
0 是占位符号，目前无用

BootstrapMethods

每一个invokedynamic指令的实例叫做一个动态调用点(dynamic call site)，动态调用点最开始是未链接状态(unlinked)：表示还未指定该调用点要调用的方法)，动态调用点依靠引导方法来链接到具体的方法。

引导方法是由编译器生成，在运行期当JVM第一次遇到invokedynamic指令时, 会调用引导方法来将invokedynamic指令所指定的名字(方法名,方法签名)和具体的执行代码(目标方法)链接起来, 引导方法的返回值永久的决定了调用点的行为。

CallSite

引导方法的返回值类型是java.lang.invoke.CallSite，一个invokedynamic指令关联一个CallSite，将所有的调用委托到CallSite当前的target(MethodHandle)

InvokeDynamic #0 就是BootstrapMethods表示#0的位置

  0: #66 invokestatic java/lang/invoke/LambdaMetafactory.metafactory:(Ljava/lang/invoke/MethodHandles$Lookup;Ljava/lang/String;Ljava/lang/invoke/MethodType;Ljava/lang/invoke/MethodType;Ljava/lang/invoke/MethodHandle;Ljava/lang/invoke/MethodType;)Ljava/lang/invoke/CallSite;
    Method arguments:
      #67 (Ljava/lang/Object;)V
      #70 invokestatic Lambda.lambda$0:(Ljava/lang/String;)V
      #71 (Ljava/lang/String;)V

我们看到调用了LambdaMetaFactory.metafactory的方法

参数:

LambdaMetafactory.metafactory(Lookup, String, MethodType,
MethodType,MethodHandle, MethodType) 有六个参数, 按顺序描述如下

1.MethodHandles.Lookup caller : 代表查找上下文与调用者的访问权限, 使用invokedynamic指令时,JVM会自动自动填充这个参数。

2.String invokedName : 要实现的方法的名字, 使用invokedynamic时,JVM自动帮我们填充(填充内容来自常量池InvokeDynamic.NameAndType.Name), 在这里JVM为我们填充为 “apply”, 即Consumer.accept方法名。

3.MethodType invokedType : 调用点期望的方法参数的类型和返回值的类型(方法signature)。

使用invokedynamic指令时,JVM会自动自动填充这个参数(填充内容来自常量池InvokeDynamic.NameAndType.Type),在这里参数为String, 返回值类型为Consumer, 表示这个调用点的目标方法的参数为String,然后invokedynamic执行完后会返回一个即Consumer实例。

4.MethodType samMethodType : 函数对象将要实现的接口方法类型，这里运行时, 值为 (Object)Object 即 Consumer.accept方法的类型(泛型信息被擦除)。

#67 (Ljava/lang/Object;)V

5.MethodHandle implMethod : 一个直接方法句柄(DirectMethodHandle), 描述在调用时将被执行的具体实现方法 (包含适当的参数适配, 返回类型适配, 和在调用参数前附加上捕获的参数)。

在这里为 #70 invokestatic Lambda.lambda$0:(Ljava/lang/String;)V 方法的方法句柄.

6.MethodType instantiatedMethodType : 函数接口方法替换泛型为具体类型后的方法类型, 通常和 samMethodType 一样, 不同的情况为泛型:

比如函数接口方法定义为 void accept(T t) T为泛型标识, 这个时候方法类型为(Object)Void。
在编译时T已确定, 即T由String替换, 这时samMethodType就是 (Object)Void,
instantiatedMethodType为(String)Void。

第4，5，6 三个参数来自class文件中的。如上面引导方法字节码中Method arguments后面的三个参数就是将应用于4, 5, 6的参数。

 Method arguments:
      #67 (Ljava/lang/Object;)V
      #70 invokestatic Lambda.lambda$0:(Ljava/lang/String;)V
      #71 (Ljava/lang/String;)V

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();
}

在buildCallSite的函数中

CallSite buildCallSite() throws LambdaConversionException {
   
        final Class<?> innerClass = spinInnerClass();

函数spinInnerClass 构建了这个内部类，也就是生成了一个Lambda$$Lambda$1/716157500 这样的内部类，这个类是在运行的时候构建的，并不会保存在磁盘中，如果想看到这个构建的类，可以通过设置环境参数

System.setProperty("jdk.internal.lambda.dumpProxyClasses", ".");

会在你指定的路径，当前运行路径上生成这个内部类

静态类

Java在编译表达式的时候会生成lambda$0静态私有类方法，在这个方法里实现了表达式中的方法块 system.out.println(s);

private static void lambda$0(java.lang.String);
    descriptor: (Ljava/lang/String;)V
    flags: ACC_PRIVATE, ACC_STATIC, ACC_SYNTHETIC
    Code:
      stack=2, locals=1, args_size=1
         0: getstatic     #46                 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
         3: aload_0
         4: invokevirtual #50                 // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
         7: return
      LineNumberTable:
        line 8: 0
      LocalVariableTable:
        Start  Length  Slot  Name   Signature
            0       8     0     s   Ljava/lang/String;

当然了在上一步通过设置的jdk.internal.lambda.dumpProxyClasses里生成的

Lambda$$Lambda$1.class
 public void accept(java.lang.Object);
    descriptor: (Ljava/lang/Object;)V
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=1, locals=2, args_size=2
         0: aload_1
         1: checkcast     #15                 // class java/lang/String
         4: invokestatic  #21                 // Method Lambda.lambda$0:(Ljava/lang/String;)V
         7: return
    RuntimeVisibleAnnotations:
      0: #13()

调用了Lambda.lambda$0静态函数，也就是表达式中的函数块

归纳总结

这样就完成的实现了Lambda表达式，

使用invokedynamic指令，运行时调用LambdaMetafactory.metafactory动态的生成内部类，实现了接口，
内部类里的调用方法块并不是动态生成的，只是在原class里已经编译生成了一个静态的方法，内部类只需要调用该静态方法

结语

最近熬夜整理了一下Java资料，如果需要的自行点击链接领取~

最全学习笔记大厂真题+微服务+MySQL+分布式+SSM框架+Java+Redis+数据结构与算法+网络+Linux+Spring全家桶+JVM+高并发+各大学习思维脑图+面试集合

全部评论

推荐最新楼层

01-13 14:50

OPPO_AI算法部_AI研究员(准入职员工)

霸王茶姬内推，霸王茶姬内推码

1️⃣霸王茶姬面经（hr面） “简单自我介绍一下” 我大概讲了专业成绩和获奖等，我特意提到了我在社团有过活动策划的经历 “嗯有过活动策划经历是吧，说一下你对最近的市场热点有关注吗” “你了解霸王茶姬吗？就你的了解说一下” “你知道我们最近做的活动吗？” “你觉得你的沟通能力怎么样” “你知道达人是什么吗” “你了解我们这个岗位吗” “你觉得以你的经历，能为这个岗位带来什么，你做这个岗位的优势是什么” “你从大学城到公司大概要多久” -反问环节 问了薪资和上下班时间之类的 2️⃣霸王茶姬复试面经（部门主管面） “简单介绍一下自己” “你觉得做一个活动策划最重要的是什么” “你想从我们这个实习中获...

点赞评论收藏

01-12 14:44

已编辑

百度_高级研发工程师

因为我躺平了，所以你们都得躺平

今天看到了某平台攻击牛友的帖子，段段今天打算为牛友们说句话，我们的努力到底有没有意义。 （原文复述：感觉牛客就是当年那群做题区毕业了开始找工作还收不住那股味，颇有一种从年级第一掉到年纪第二后抱怨考不上大学的区味）  粗鄙，无礼，傲慢，攻击，在这里我没有看到任何有用的分析，我只看到了屁股决定脑袋的攻击，我只看到了嫉妒和眼红。一、去医院不看病你去逛街吗 去医院你不去看病你去逛街吗？去加油站不加油你去抽烟吗？去部队你不训练战斗技能你去养老吗？来牛客你不努力求职你来干什么来了。 牛客本身就是个求职平台，大家分享有用的知识，分享面经，分享offer，分享求职经验的，来牛客不就干这个来了吗？有什么问题吗？...

给个好点的工作吧啊啊...：不知道我看的是不是和博主同样的帖子，我记得原帖是表达的是有些匿名老是发几十万的offer侮辱价，然后就有牛友觉得凡尔赛了导致后面的评论有些偏激。我觉得这个最近闫学晶那个事情有点类似了，她说他儿子一年只能赚七八十万家庭生活都难以为继，不说普通家庭，多少大厂的程序员都赚不到这个数字，大部分家庭看到这种发言肯定会难受的一p，生活的担子又这么重，人都是需要发泄情绪的，互联网就是个极佳的载体，所以很多人直接就喷她了，人在情绪发泄的时候是不思考的，否则就不叫发泄了。然后还有一个点，段哥假定了这些喷的人全都是“躺平的”，这点可能有失偏颇，很多人一直在努力，但是始终缺乏天时地利人和的某一个条件，这点相信段哥找工作的过程中深有体会。绝大部分人都以结果的失败去否认了努力的全过程，可能只是别人努力的方向错了。就像一次面试，可能你准备了很久，结果面试官就是比较奇葩，一直问没有学习到的领域或知识点，然后有人凭一个挂掉的结果就直接给你扣了一个“躺平”的帽子，觉得挂掉是你不够努力，您心里滋味如何？再说点近点的，我也是od，多少同事深夜无偿加班，涨过一分工资吗？多少外包的技术大牛因为学历被困在外包，连od都进不去，这些人难道不努力吗？只是限制与生活、公司制度等等之类的无奈罢了。说到努力，又想到李家琦79元眉笔事件，这么多年有没有认真工作？有没有涨工资？他嘴里说出来是那么的理所当然，打工牛马都知道“任劳任怨”，“认真工作”真能涨工资？只干活不发声就等着被摘果子吧，企业里永远都是“汇报杰出者”升的最快（当然不是所有企业），这种事情相信段哥包括我甚至大部分od都经历过。最近辞职回老家，和老爸散步每次他都会感慨街上的蔬菜小贩多不容易，他们晚上就窝在那种三轮小货车的驾驶室里，腿都伸不直，我们这里晚上零下了，只盖一条薄毛毯，始终舍不得住我们镇上几十块的酒店，因为一车蔬菜就赚几百块顶多一千而且要卖好久，这样的例子还有太多了。这种芸芸众生可能辛苦了一天之后，打开手机看到网上的凡尔赛发言，跟风喷了几句发泄情绪，我觉得这种人不应该扣上“躺平”的帽子。我觉得大部分正常人都是努力的，或者曾经努力过，但世界上有太多努力解决不了的无奈了，甚至说你都没有那个努力的机会，不过正因如此，才显得坚持不懈的努力奋斗之人的难得可贵，认清生活的真相后仍然热爱生活，敢于直面现实的淋漓。

段段STEADY觉醒与突...

点赞评论收藏