JDK8 的 Lambda 表达式 -- 实现原理初探

JDK8 使用一行 Lambda 表达式可以代替先前用匿名类五六行代码所做的事情,那么它是怎么实现的呢?从所周知,匿名类会在编译的时候生成与宿主类带上 $1, $2 的类文件,如写在 TestLambda 中的匿名类产生成类文件是 TestLambda$1.class, TestLambda$2.class 等。

我试验了一下,如果使用的是 Lambda 表达式并不会生成额外的类文件,那么字节码里是什么样子的?来看下用  javap -c 反编译出下面文件产生的 TestLambda.class,两个方法,一个是  byAnonymousClass() 使用匿名类,另一个是 byLambda 使用 Lambda 的方式:

相应的字节码如下:

对比后我们发现,匿名类的方式会创建一个匿名类(这是废话),如编译出的的 TestLambda$1.class 文件,在磁盘上能看到 TestLambda$1.class 文件

而 Lambda 的方式则不会产生额外的类文件,我们可以让 TestLambda 只保留 byLambda() 方法,就会发现编译后只会有 TestLambda.class 文件。

对比方法调用指令,byLambda 中使用了一个 JDK7 新加的 invokedynamic 虚拟机指令。invokedynamic 就是个关键,这里不去深挖,只简单说明,总之它对于 Java 进行函数式编程,增强了语言的动态性意义匪浅,它重新引入了像 C 里函数指针类似的方法句柄的概念。JDK7 之前的方法调用指令有 invokestatic, invokespecial, invokevirtual 和 invokeinterface 四个,它们都是在编译时就确定了实际调用哪个方法。而 invokedynamic 能让虚拟机在执行到该指令时才去动态的链接,调用实际的方法,所以每个 invokedynamic 就是一个动态调用点。

具体到我们的例子,也就是说对于这个例子虚拟机会在执行 byLambda 的 invokedynamic #25,  0  指令时动态的在内存中创建一个类似与 TestLambda$1 的类,名字可能是 TestLambda$1$$Lambda$1。

为此,我专门做了个实验,下面的代码编译会生成两个类文件,TestLambda.class,TestLambda$1.class, 第二个类文件是由 new ActionListener() 时创建的匿名类。 然后执行下面的代码:

JDK 给我们提供了不少分析 JVM 的工具,如 jps, jinfo, jstack, jmap, jhat, jconsole, jvisualvm 等。

命令:

jps         #可看到 Java Process ID
jmap -dump:file=before_click.dump <pid>   #click 前堆转储为文件
jmap -dump:file=after_click.dump <pid>   #click 后堆转储为文件
jhat before_click.dump         #默认在  7000 端口打开 Web 服务浏览 open http://localhost:7000
jhat -port 7001 after_click.dump  #open http://localhost:7001

我们可分别在点击按钮的前后用 jmap 生成快照文件 before_click.dump 和 after_click.dump。在点击按钮之前虚拟机还未真正执行到 Lambda 表达式。

用 jhat 浏览 before_click.dump,即点击按钮之前的快照,看到的是:

java_anonymous_class_1

只加载了两个类,TestLambda 和匿名类 TestLambda$1。点击 class cc.unmi.testjdk8.TestLambda$1, 看到 TestLambda$1 中是说继承自 Object, 并未告知它与 ActionListner 有何实现上的关系。

java_anonymous_class_2

再用 jhat 打开点击按钮执行了 Lambda 表达式后的快照 after_click.dump,这时候就会发现多一个类 cc.unmi.testjdk8.TestLambda$1$$Lambda$1

java_lambda_1

在磁盘上并不存在这个文件,这是在执行 Lambda 表达式时内存中动态生成的,点击它看看它的父类是什么

java_lambda_2

在 JDK8 正式版中,它的父类变成了 java.lang.Object。

在早先的 JDK8 Beta 版中,它的父类是 MagicLambdaImpl,确实有点名符其实,Magic,以图为证:
jdk8_beta_lambda_class

上面使用的 JDK 工具是 jmap 和 jhat,也可以用 Java VisualVM -- 即 jvisualvm 指令来查看执行 lambda 前后的内存快照。截了两个图:

lambda_jvisualvm_1

上图为点击按钮前的快照,可以看到只有两个类

lambda_jvisualvm_2

上图是点击按钮后的快照,又多了 cc.unmi.testjdk8.TestLambda$1$$Lambda$1  这个类。

小结:JDK8 在实现 Lambda 时使用了 JDK7 虚拟机开始有的 invokedynamic  方法调用指令,该知使得虚拟机执行到 Lambda 表达式时才动态的去创建相应的实现类,并加载执行。

类别: Java/JEE. 标签: , . 阅读(909). 订阅评论. TrackBack.

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