引導(dǎo)語

大家都知道 Java8 中新增了 Lambda 表達(dá)式，使用 Lambda 表達(dá)式可以對(duì)代碼進(jìn)行大量的優(yōu)化，用幾行代碼就可以做很多事情，本章以 Lambda 為例，第一小節(jié)說明一下其底層的執(zhí)行原理，第二小節(jié)說明一下 Lambda 流在工作中常用的姿勢(shì)。

1、Demo

首先我們來看一個(gè) Lambda 表達(dá)式的 Demo，如下圖：

代碼比較簡(jiǎn)單，就是新起一個(gè)線程打印一句話，但對(duì)于圖中 () -> System.out.println ( “ lambda is run “ ) 這種代碼，估計(jì)很多同學(xué)都感覺到很困惑，Java 是怎么識(shí)別這種代碼的？ 

 如果我們修改成匿名內(nèi)部類的寫法，就很清楚，大家都能看懂，如下圖：

 那是不是說 () -> System.out.println ( “ lambda is run “ ) 這種形式的代碼，其實(shí)就是建立了內(nèi)部類呢？其實(shí)這就是最簡(jiǎn)單 Lambda 表達(dá)式，我們是無法通過 IDEA 看到源碼和其底層結(jié)構(gòu)的，下面我們就來介紹幾種可看到其底層實(shí)現(xiàn)的方式。

2、異常判斷法

我們可以在代碼執(zhí)行中主動(dòng)拋出異常，打印出堆棧，堆棧會(huì)說明其運(yùn)行軌跡，一般這種方法簡(jiǎn)單高效，基本上可以看到很多情況下的隱藏代碼，我們來試一下，如下圖：

從異常的堆棧中，我們可以看到 JVM 自動(dòng)給當(dāng)前類建立了內(nèi)部類（錯(cuò)誤堆棧中出現(xiàn)多次的 $ 表示有內(nèi)部類），內(nèi)部類的代碼在執(zhí)行過程中，拋出了異常，但這里顯示的代碼是 Unknown Source，所以我們也無法 debug 進(jìn)去，一般情況下，異常都能暴露出代碼執(zhí)行的路徑，我們可以打好斷點(diǎn)后再次運(yùn)行，但對(duì)于 Lambda 表達(dá)式而言，通過異常判斷法我們只清楚有內(nèi)部類，但無法看到內(nèi)部類中的源碼。 

3、javap 命令法

 javap 是 Java 自帶的可以查看 class 字節(jié)碼文件的工具，安裝過 Java 基礎(chǔ)環(huán)境的電腦都可以直接執(zhí)行 javap 命令，如下圖：

 命令選項(xiàng)中，我們主要是用-v -verbose 這個(gè)命令，可以完整輸出字節(jié)碼文件的內(nèi)容。

接下來我們使用 javap 命令查看下 Lambda.class 文件，在講解的過程中，我們會(huì)帶上一些關(guān)于 class 文件的知識(shí)。

我們?cè)诿畲翱谥姓业?Lambda.class 所在的位置，執(zhí)行命令：javap -verbose Lambda.class，然后你會(huì)看到一長串的東西，這些叫做匯編指令，接下來我們來一一講解下（ 所有的參考資料來自 Java 虛擬機(jī)規(guī)范，不再一一引用說明）：

匯編指令中我們很容易找到 Constant pool 打頭的一長串類型，我們叫做常量池，官方英文叫做 Run-Time Constant Pool，我們簡(jiǎn)單理解成一個(gè)裝滿常量的 table ，table 中包含編譯時(shí)明確的數(shù)字和文字，類、方法和字段的類型信息等等。table 中的每個(gè)元素叫做 cpinfo，cpinfo 由唯一標(biāo)識(shí) ( tag ) + 名稱組成，目前 tag 的類型一共有：

貼出我們解析出來的部分圖：

圖中 Constant pool 字樣代表當(dāng)前信息是常量池；

每行都是一個(gè) cp_info ，第一列的 #1 代表是在常量池下標(biāo)為 1 的位置 ；

每行的第二列，是 cp_info 的唯一標(biāo)識(shí) ( tag ) ，比如 Methodref 對(duì)應(yīng)著上表中的 CONSTANT_Methodref（上上圖中表格中 value 對(duì)應(yīng) 10 的 tag），代表當(dāng)前行是表示方法的描述信息的，比如說方法的名稱，入?yún)㈩愋停鰠?shù)類型等，具體的含義在 Java 虛擬機(jī)規(guī)范中都可以查詢到，Methodref 的截圖如下：

每行的第三列，如果是具體的值的話，直接顯示具體的值，如果是復(fù)雜的值的話，會(huì)顯示 cp_info 的引用，比如說圖中標(biāo)紅 2 處，引用兩個(gè) 13 和 14 位置的 cp_info，13 表示方法名字是 init，14 表示方法無返回值，結(jié)合起來表示方法的名稱和返回類型，就是一個(gè)無參構(gòu)造器；

每行的第四列，就是具體的值了。 

 對(duì)于比較重要的 cp_info 類型我們說明下其含義：

• InvokeDynamic 表示動(dòng)態(tài)的調(diào)用方法，后面我們會(huì)詳細(xì)說明；
• Fieldref 表示字段的描述信息，如字段的名稱、類型；
• NameAndType 是對(duì)字段和方法類型的描述；
• MethodHandle 方法句柄，動(dòng)態(tài)調(diào)用方法的統(tǒng)稱，在編譯時(shí)我們不知道具體是那個(gè)方法，但運(yùn)行時(shí)肯定會(huì)知道調(diào)用的是那個(gè)方法；
• MethodType 動(dòng)態(tài)方法類型，只有在動(dòng)態(tài)運(yùn)行時(shí)才會(huì)知道其方法類型是什么。

 我們從上上圖中標(biāo)紅的 3 處，發(fā)現(xiàn) Ljava/lang/invoke/MethodHandles$Lookup，java/lang/invoke/LambdaMetafactory.metafactory 類似這樣的代碼，MethodHandles 和 LambdaMetafactory 都是 java.lang.invoke 包下面的重要方法，invoke 包主要實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)語言的功能，我們知道 java 語言屬于靜態(tài)編譯語言，在編譯的時(shí)候，類、方法、字段等等的類型都已經(jīng)確定了，而 invoke 實(shí)現(xiàn)的是一種動(dòng)態(tài)語言，也就是說編譯的時(shí)候并不知道類、方法、字段是什么類型，只有到運(yùn)行的時(shí)候才知道。

比如這行代碼：Runnable runnable = () -> System.out.println(“lambda is run”); 在編譯器編譯的時(shí)候 () 這個(gè)括號(hào)編譯器并不知道是干什么的，只有在運(yùn)行的時(shí)候，才會(huì)知道原來這代表著的是 Runnable.run() 方法。invoke 包里面很多類，都是為了代表這些 () 的，我們稱作為方法句柄（ MethodHandler ），在編譯的時(shí)候，編譯器只知道這里是個(gè)方法句柄，并不知道實(shí)際上執(zhí)行什么方法，只有在執(zhí)行的時(shí)候才知道，那么問題來了，JVM 執(zhí)行的時(shí)候，是如何知道 () 這個(gè)方法句柄，實(shí)際上是執(zhí)行 Runnable.run() 方法的呢？

首先我們看下 simple 方法的匯編指令：

從上圖中就可以看出 simple 方法中的 () -> System.out.println(“lambda is run”) 代碼中的 ()，實(shí)際上就是 Runnable.run 方法。

我們追溯到 # 2 常量池，也就是上上圖中標(biāo)紅 1 處，InvokeDynamic 表示這里是個(gè)動(dòng)態(tài)調(diào)用，調(diào)用的是兩個(gè)常量池的 cp_info，位置是 #0:#37 ，我們往下找 #37 代表著是 // run:()Ljava/lang/Runnable，這里表明了在 JVM 真正執(zhí)行的時(shí)候，需要?jiǎng)討B(tài)調(diào)用 Runnable.run() 方法，從匯編指令上我們可以看出 () 實(shí)際上就是 Runnable.run()，下面我們 debug 來證明一下。

我們?cè)谏仙蠄D中 3 處發(fā)現(xiàn)了 LambdaMetafactory.metafactory 的字樣，通過查詢官方文檔，得知該方法正是執(zhí)行時(shí)， 鏈接到真正代碼的關(guān)鍵，于是我們?cè)?metafactory 方法中打個(gè)斷點(diǎn) debug 一下，如下圖：

 metafactory 方法入?yún)?caller 代表實(shí)際發(fā)生動(dòng)態(tài)調(diào)用的位置，invokedName 表示調(diào)用方法名稱，invokedType 表示調(diào)用的多個(gè)入?yún)⒑统鰠?，samMethodType 表示具體的實(shí)現(xiàn)者的參數(shù)，implMethod 表示實(shí)際上的實(shí)現(xiàn)者，instantiatedMethodType 等同于 implMethod。

以上內(nèi)容總結(jié)一下：

1：從匯編指令的 simple 方法中，我們可以看到會(huì)執(zhí)行 Runnable.run 方法；

2：在實(shí)際的運(yùn)行時(shí)，JVM 碰到 simple 方法的 invokedynamic 指令，會(huì)動(dòng)態(tài)調(diào)用 LambdaMetafactory.metafactory 方法，執(zhí)行具體的 Runnable.run 方法。

所以可以把 Lambda 表達(dá)值的具體執(zhí)行歸功于 invokedynamic JVM 指令，正是因?yàn)檫@個(gè)指令，才可以做到雖然編譯時(shí)不知道要干啥，但動(dòng)態(tài)運(yùn)行時(shí)卻能找到具體要執(zhí)行的代碼。

接著我們看一下在匯編指令輸出的最后，我們發(fā)現(xiàn)了異常判斷法中發(fā)現(xiàn)的內(nèi)部類，如下圖：

 上圖中箭頭很多，一層一層的表達(dá)清楚了當(dāng)前內(nèi)部類的所有信息。

4、總結(jié)

 我們總結(jié)一下，Lambda 表達(dá)式執(zhí)行主要是依靠 invokedynamic 的 JVM 指令來實(shí)現(xiàn)，咱們演示的類的全路徑為：demo.eight.Lambda 感興趣的同學(xué)可以自己嘗試一下。

以上就是Java源碼難點(diǎn)突破Lambda表達(dá)式執(zhí)行原理的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于Java難點(diǎn)Lambda表達(dá)式依靠的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

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