概述
函数式接口包含三部分内容:
- (应用篇一JDK源码解析——深入函数式接口(应用篇一))(1)函数式接口的来源,(2)Lambda表达式,(3)双冒号运算符
- (应用篇二函数式编程,这样学就废了)(4)详细介绍@FunctionInterface注解(5)对java.util.function包进行解读
- (原理篇)介绍函数式接口的实现原理 在看本篇之前,请大家对应先看应用篇一和应用篇二,本篇作为原理篇,将为大家较为深入的剖析函数式接口如何编译,JVM又是如何关联衔接各个部分的。
说明:源码使用的版本为JDK-11.0.11
编译
首先我们从编译出发,因为无论是接口还是类,都需要经过编译,然后在运行期由JVM执行调用,现在我们来看看几个关键位置的编译结果。先来看函数式接口编译
接口的编译信息中没有任何额外的工作,如果显示声明了FunctionInterface注解,则编译信息中带有,反之则无。
接下来,我们着重来看应用部分的代码编译的情况,先看应用部分的源代码:
这段源码中选取了几种典型的场景进行组合,让大家了解更多的扩展知识,因此代码稍显长。
- invokeLambda() 单个参数的lambda表达式,省略参数括号和表达式主体的花括号。
- invokeEta() eta方式的方法引用。
- invokeLambda2() 两个参数的lambda表达式,lambda中使用成员变量。
lambda表达式的编译
指北君和大家一起看看编译后的内容,使用命令查看编译后的方法结构(javap -p com.tree.sample.func.LambdaBinaryCode)
从编译信息中我们可以看到几条明显相同的逻辑:
- LocalVariableTable 首先包含了函数的输入参数,并且一致
- 24行执行String.format方法
- 27行执行PrintStream.println方法 从上面三个关键部分我们可以确定就是invokeLambda方法中的lambda表达式编译后的内容了。
仔细的小伙伴比较 和 两个方法后,可能会发现两个问题:
1. 两个方法怎么一个是static一个是非static的呢?
2. 方法命名中的数字为什么不是数字连续的?
对于第一个问题,比较invokeLambda和invokeLambda2的源码,小伙伴发现有什么不同么?是否可以看到invokeLambda2中的lambda表达式引用了成员属性lambdaVar。这就是lambda生成方法的一种逻辑,未使用成员变量的lambda表达式编译成静态方法,使用了成员变量的lambda语句则编译为成员方法。
第二个问题我们将留待后面回答。
Lambda调用
上面我们看到了lambda表达式的代码编译成了一个独立方法,指北君继续带领大家查看编译后的文件,我们要了解编译后lambda方法是如何调用执行的。查看invokeLambda方法的编译后的内容(直贴出了关键部分):
在invokeLambda中有一个指令invokedynamic,熟悉动态语言的小伙伴可能知道,这个指令是Java7为支持动态脚本语言而增加的。而函数式Java调用函数接口也正是通过invokedynamic指令来实现的。invokeLambda的详细内容指北君后续单独为大家讲解,今天我们关注函数接口的调用过程。
使用invokeLambda指令,那么该指令是直接调用的lambda$0方法么?我们知道list.forEach(xx)调用中,我们是将函数接口作为参数传递到其他类的函数中进行执行的。Java需要解决两个问题:
1)如何将方法传递给被调用的外部类的方法。
2)外部的类和方法如何访问我们内部私有的方法。
引导方法表
为解决上面两个问题,我们继续查编译后的文件,在末尾,我们看到下面的部分:
这生成了三个引导方法,刚好和我们的三个函数接口调用一致,从引导方法的参数我们看出
顺便回答一下之前的方法名称的数字序号不连续问题,我们看出,方法名称的序号是根据引导方法的序号来确定的,不是根据生成的lambda表达式方法序号来的。我们看到,引导方法的逻辑似乎就是调用lambda方法或者其他的函数接口,每个引导方法中都出现了LambdaMetafactory.metafactory方法
动态调用
现在,我们结合invokedynamic指令来说明BootstrapMethods执行的过程
动态调用逻辑
上面的的流程显示了动态调用的基本逻辑
- 执行invokedynamic
- 检查调用点是否已连接可用
- 如果未连接,构建动态调用点
- 执行引导方法
- 生成并加载调用点对应的动态内部类
- 连接
- 调用动态内部类方法
- 内部类调用lambda对应的方法并执行
这两个阶段我们通过调用堆栈也能明显观察到:
引导阶段
执行阶段
我们还可以通过设置VM参数-Djdk.internal.lambda.dumpProxyClasses,查看以引导阶段动态生成的内部类:
动态内部类列表
打开其中一个如下:
动态内部类详情
小结
动态函数接口的调用原理,指北君就给大家介绍到这里了,相信大家看完本篇内容后,对函数式接口有了更深一层的学习。由于涉及的内容较多,没有时间给大家逐一详细的给每个涉及到的类进行解读。后续指北君会根据小伙伴们需要对今天提及的知识点做深入的阶段,比如invokeddynamic指令,class结构,动态调用相关的各部分代码逻辑。