最近几年Lambda表达式风靡于编程界. 很多现代编程语言都把它作为函数式编程的基本组成部分. 基于JVM的编程语言如Scala,Groovy还有Clojure把它们作为关键部分集成在语言中.现在Java8也加入了它们的行列.
有趣的是,对于JVM来说,Lambda表达式是完全不可见的,并没有匿名函数和Lamada表达式的概念,它只知道字节码是严格面向对象规范的.它取决于语言的作者和它的编译器在规范限制内创造出更新,更高级的语言元素.
我们第一次接触它是在我们要给Takipi添加Scala支持的时候, 我们不得不深入研究Scala的编译器.伴随着JAVA8的来临,我认为探究Scala和java编译器是如何实现Lambda表达式是非常有趣的事情.结果也是相当出人意料.
接下来，我展示一个简单的Lambda表达式，用于将字符串集合转化成字符串自身长度的集合。
Java的写法 –
1 |
List names = Arrays.asList("1", "2", "3"); |
2 |
Stream lengths = names.stream().map(name -> name.length()); |
Scala的写法 –
1 |
val names = List("1", "2", "3") |
2 |
val lengths = names.map(name =>name.length) |
表面上看起来非常简单，那么后面的复杂东西是怎么搞的呢？
一起分析Scala的实现方式
The Code
我使用javap（jdk自带的工具）去查看Scala编译器编译出来的class类中所包含的字节码内容。让我们一起看看最终的字节码（这是JVM将真正执行的）
接下来的东西变得更加有趣了，编译器产生的一个合成类的实例被创建和初始化。从JVM角度，就是通过这个对象持有Lambda方法的。有趣的是虽然Lambda被定义为我们方法的一个组成部分，但实际上它完全存在于我们的类之外。
01 |
new myLambdas/Lambda1$$anonfun$1 |
05 |
invokespecial myLambdas/Lambda1$$anonfun$1/()V |
09 |
getstatic scala/collection/immutable/List$/MODULE$ |
10 |
Lscala/collection/immutable/List$; |
11 |
invokevirtual scala/collection/immutable/List$/canBuildFrom() |
12 |
Lscala/collection/generic/CanBuildFrom; |
19 |
invokevirtual scala/collection/immutable/List/map(Lscala/Function1; |
20 |
Lscala/collection/generic/CanBuildFrom;)Ljava/lang/Object; |
但是，等等，Lambda对象内部到底发生了什么呢？
Lambda 对象
Lambda类衍生自scala.runtime.AbstractFunction1。通过调用map函数可以多态调用被重写的apply方法，被重写的apply方法代码如下：
03 |
checkcast java/lang/String |
06 |
invokevirtual myLambdas/Lambda1$$anonfun$1/apply(Ljava/lang/String;)I |
09 |
invokestatic scala/runtime/BoxesRunTime/boxToInteger(I)Ljava/lang/Integer |
真正用于执行length()操作的代码被嵌套在额外的apply方法中，用于简单的返回我们所期望的字符串长度。
我们前面走了一段很长的路，终于到这边了：
2 |
invokevirtual java/lang/String/length()I |
对于我们上面写的简单的代码，最后生成了大量的字节码，一个额外的类和一堆新的方法。当然，这并不意味着会让我们放弃使用Lambda（我们是在写scala，不是C）。这仅仅表明了这些结构后面的复杂性.试想Lambda表达式的代码和复杂的东西将被编译成复杂的执行链。
我预计Java8会以相同的方式实现Lambda，但出人意料的是，他们使用了另一种完全不同的方式。
Java 8 – 新的实现方式
Java8的实现,字节码比较短，但是做的事情却很意外。它一开始很简单地加载names变量,并且调用它的stream方法,但它接下来做的东东就显得很优雅了.它使用一个Java7加入的一个新指令invokeDynamic去动态地连接lambda函数的真正调用点,从而代替创建一个用于包装lambda函数的对象.
04 |
invokeinterface java/util/List.stream:()Ljava/util/stream/Stream; |
07 |
invokedynamic #0:apply:()Ljava/util/function/Function; |
10 |
invokeinterface java/util/stream/Stream.map: |
11 |
(Ljava/util/function/Function;)Ljava/util/stream/Stream; |
神奇的InvokeDynamic指令. 这个是JAVA 7新加入的指令,它使得JVM限制少了,并且允许动态语言运行时绑定符号.
动态链接. 如果你看到invokedynamic指令,你会发现实际上没有任何Lambda函数的引用(名为lambda$0)，这是因为invokedynamic的设计方式，简单地说就是lambda的名称和签名，如我们的例子-
2 |
lambdas/Lambda1.lambda$0:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/Integer; |
他们保存在.class文件中一个单独的表的条目中，执行invokedynamic时会将#0参数传给指令指针。这个新的表的确在很多年后的今天首次改变了字节码规范的结构，这也就需要我们改编Takipi的错误分析引擎来配合。
The Lambda code
下面这个字节码是真正的lambda表达式.然后就是千篇一律地、简单地加载字符串参数,调用length方法获得长度,并且包装返回值.注意它是作为静态方法编译的,从而避免了传递一个额外的this对象给他,就像我们前面看到的Scala中的做法.
2 |
invokevirtual java/lang/String.length:() |
3 |
invokestatic java/lang/Integer.valueOf:(I)Ljava/lang/Integer; |
invokedynamic 方式的另一个优点是,它允许我们使用map函数多态地调用这个方法,而不需要去实例化一个封装对象或调用重写的方法.非常酷吧!
总结：探究java,这个最严格的的现代编程语言是如何使用动态连接加强它的lambda表达式是非常吸引人的事情.这是一个非常高效的方式,不需要额外的类加载,也不需要编译,Lambda方法是我们类中的另一个简单的私有方法.
Java 8 使用Java 7中引入的新技术，使用一个非常直接的方式实现了Lambda表达式，干得非常漂亮。像java这样”端庄”的淑女也可以教我们一些新的花样真是非常让人高兴。
文章转自 并发编程网-ifeve.com
