修炼内功Java8-Lambda究竟是不是匿名类的语法糖

本文已收录【修炼内功】跃迁之路

初次接触 Java8 的时候感觉 Lambda 表达式很神奇(Lambda 表达式带来的编程新思路)，但又总感觉它就是匿名类或者内部类的语法糖而已，只是语法上更为简洁罢了，如同以下的代码

public class Lambda {private static void hello(String name, Consumer<String> printer) {printer.accept(name);
    }

    public static void main(String[] args) {hello("lambda", (name) -> System.out.println("Hello" + name));
        hello("匿名类", new Consumer<String> () {
            @Override
            public void accept(String name) {System.out.println("Hello" + name);
            }
        });
        hello("内部类", new SupplierImpl());
    }

    static class SupplierImpl implements Consumer<String> {
        @Override
        public void accept(String name) {System.out.println("Hello" + name);
        }
    }
}

编译后会产生三个文件

虽然从使用效果来看，Lambda 与匿名类或者内部类有相似之处(当然也有很大不同，如 this 指针等 Lambda 表达式里的 ” 陷阱 ”)，但从编译结果来看，并不能简单地将 Lambda 与匿名类 / 内部类划等号

简单查看 Lambda 字节码javap -p Lambda

Java 编译器自动帮我们生成了方法lambda$main$0，我们有理由相信，Lambda 表达式内的逻辑就封装在此函数内

生成的方法 lambda$main$0 又是如何被调用的呢？

Lambda 的调用使用了 invokedynamic 指令，虚拟机视角的方法调用一文中已经详细介绍了 invokedynamic，但这里还是看不出invokedynamic 指令与 lambda$main$0 方法之间到底是如何关联起来的，invokedynamic指令的启动函数 (BootstrapMethod) 与调用点 (CallSite) 又在哪里？

其实仔细查看字节码的话可以发下，编译器还会额外生成一个内部类

仔细查看内部类的逻辑，是不是像极了虚拟机视角的方法调用一文中所提 invokedynamic 的运行过程

1. 在第一次执行 invokedynamic 时，JVM 虚拟机会调用该指令所对应的启动方法 (BootstrapMethod) 来生成调用点
2. 启动方法 (BootstrapMethod) 由方法句柄来指定(MH_BootstrapMethod)
3. 启动方法接受三个固定的参数，分别为 Lookup 实例、指代目标方法名的字符串及该调用点能够链接的方法句柄类型
4. 将调用点绑定至该 invokedynamic 指令中，之后的运行中虚拟机会直接调用绑定的调用点所链接的方法句柄

为了验证此想法，可以执行 java -Djdk.internal.lambda.dumpProxyClasses Lambda 用来导出内部类

跟踪内部类的运行可以发现，在执行 lambda 表达式的时候会调用 MethodHandleNatives.linkCallSite 方法来生成并链接到调用点

// Up-calls from the JVM.
// These must NOT be public.

/**
  * The JVM is linking an invokedynamic instruction.  Create a reified call site for it.
  */
static MemberName linkCallSite(Object callerObj,
                               Object bootstrapMethodObj,
                               Object nameObj, Object typeObj,
                               Object staticArguments,
                               Object[] appendixResult) {MethodHandle bootstrapMethod = (MethodHandle)bootstrapMethodObj;
    Class<?> caller = (Class<?>)callerObj;
    String name = nameObj.toString().intern();
    MethodType type = (MethodType)typeObj;
    if (!TRACE_METHOD_LINKAGE)
        return linkCallSiteImpl(caller, bootstrapMethod, name, type,
                                staticArguments, appendixResult);
    return linkCallSiteTracing(caller, bootstrapMethod, name, type,
                               staticArguments, appendixResult);
}
static MemberName linkCallSiteImpl(Class<?> caller,
                                   MethodHandle bootstrapMethod,
                                   String name, MethodType type,
                                   Object staticArguments,
                                   Object[] appendixResult) {
    CallSite callSite = CallSite.makeSite(bootstrapMethod,
                                          name,
                                          type,
                                          staticArguments,
                                          caller);
    if (callSite instanceof ConstantCallSite) {appendixResult[0] = callSite.dynamicInvoker();
        return Invokers.linkToTargetMethod(type);
    } else {appendixResult[0] = callSite;
        return Invokers.linkToCallSiteMethod(type);
    }
}

caller为 调用 lambda方法的类Lambda [Class]

bootstrapMethod为启动方法的句柄 [MethodHandler]

name为 lambda 表达式实际类型中需要执行的方法名acccept (Consumer.accept)

type为生成的方法类型()Consumer [MethodType]

staticArguments中包含了 lambda 方法的方法句柄 [MethodHandler] 及方法类型 [MethodType]

CallSite.makeSite方法会生成调用点，最终调用如 class 文件中所示的 LambdaMetafactory.metafactory 方法

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();}

简单来将，所生成内部类作用，是为了生成调用点，并链接到 invokedynamic 指令，以便动态调用

如果一个类中，多次使用 lambda 表达式，会生成多少个方法，又会生成多少个内部类？

public class Lambda {private static void hello(String name, Consumer<String> printer) {printer.accept(name);
    }

    public static void main(String[] args) {hello("lambda1", (name) -> System.out.println("Hello" + name));
        hello("lambda2", (name) -> System.out.println("Hello" + name));
        new Thread(() -> {System.out.println("thread");
        }).start();}
}

上述示例中共使用了三处、两种(Consumer、Runnable)Lambda 表达式，编译后查看 class 文件

对于每一个 lambda 表达式，都会生成一个静态的私有方法

再查看内部类

只会生成一个内部类，但存在三个方法，每个方法对应一个 lambda 私有方法，用以生成对应的调用点绑定到相应的 invokedynamic 指令上

结合以上我们可以总结出：

• lambda 表达式会被编译为 invokedynamic 指令
• 每一个 lambda 表达式的实现逻辑均会被封装为一个静态私有方法
• 只要存在 lambda 表达式调用，便会生成一个内部类
• 内部类中每一个方法对应一个 lambda 表达式所生成的静态私有方法，内部类中的方法用以生成对应的调用点绑定到相应的 invokedynamic 指令上

这也解释了为什么 lambda 中的 this 指针指向的是 周围的类 (定义该 Lambda 表达式时所处的类) (Lambda 表达式里的 ” 陷阱 ”)

所以，lambda 表达式确实是语法糖，但并不是匿名类 / 内部类的语法糖