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Java技巧總結如何看Lambda源碼

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Apr 18, 2022 pm 06:13 PM

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本篇文章為大家帶來了關於java的相關知識，其中主要介紹了關於如何看Lambda源碼的相關問題，使用Lambda 表達式可以對程式碼進行大量的優化，用幾行程式碼就可以做很多事情，下面一起來看一下，希望對大家有幫助。

Java技巧總結如何看Lambda源碼

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大家都知道Java8 中新增了Lambda 表達式，使用Lambda 表達式可以對程式碼進行大量的最佳化，用幾行程式碼就可以做很多事情，本章以Lambda 為例，第一小節說明一下其底層的執行原理，第二小節說明一下Lambda 流在工作中常用的姿勢。

1、Demo

首先我們來看一個Lambda 表達式的Demo，如下圖：

##程式碼比較簡單，就是新起一個執行緒印一句話，但對於圖中() -> System.out.println ( “ lambda is run “ ) 這種程式碼，估計很多同學都感覺到很困惑，Java 是怎麼識別這種代碼的？

如果我們修改成匿名內部類別的寫法，就很清楚，大家都能看懂，如下圖：

那是不是說() -> System.out.println ( “ lambda is run “ ) 這種形式的程式碼，其實就是建立了內部類別呢？其實這就是最簡單 Lambda 表達式，我們是無法透過 IDEA 看到原始碼和其底層結構的，下面我們就來介紹幾種可看到其底層實現的方式。

2、異常判斷法

我們可以在程式碼執行中主動拋出異常，列印出堆疊，堆疊會說明其運行軌跡，一般這種方法簡單高效，基本上可以看到很多情況下的隱藏程式碼，我們來試一下，如下圖：

#從異常的堆疊中，我們可以看到JVM 自動給當前類別建立了內部類（錯誤堆疊中出現多次的$ 表示有內部類別），內部類別的程式碼在執行過程中，拋出了異常，但這裡顯示的程式碼是Unknown Source，所以我們也無法debug 進去，一般情況下，異常都能暴露出程式碼執行的路徑，我們可以打好斷點後再次運行，但對於Lambda 表達式而言，透過異常判斷法我們只清楚有內部類別，但無法看到內部類別中的原始碼。

3、javap 指令法

javap 是Java 內建的可以檢視class 字節碼檔案的工具，安裝過Java 基礎環境的電腦都可以直接執行javap 指令，如下圖：

指令選項中，我們主要是用-v -verbose 這個指令，可以完整輸出字節碼檔的內容。

接下來我們使用 javap 指令查看下 Lambda.class 文件，在講解的過程中，我們會帶一些關於 class 檔案的知識。

我們在指令視窗中找到Lambda.class 所在的位置，執行指令：javap -verbose Lambda.class，然後你會看到一長串的東西，這些叫做彙編指令，接下來我們來一一講解下（所有的參考資料來自 Java 虛擬機規範，不再一一引用說明）：

彙編指令中我們很容易找到Constant pool 打頭的一長串類型，我們叫做常數池，官方英文叫做Run-Time Constant Pool，我們簡單理解成一個裝滿常數的table ，table 中包含編譯時明確的數字和文字，類別、方法和字段的類型資訊等等。 table 中的每個元素叫做cp

info，cpinfo 由唯一識別( tag ) 名稱組成，目前tag 的型別一共有：

Java技巧總結如何看Lambda源碼 ##貼出我們解析出來的部分圖：

cp_info
，第一列的#1 代表是在常數池下標示為1 的位置；
每行的第二列，是 cp_info 的唯一識別( tag ) ，例如Methodref 對應上表中的CONSTANT_Methodref（上圖表格中value 對應10的tag），代表當前行是表示方法的描述資訊的，比如說方法的名稱，入參類型，出參數類型等，具體的含義在Java 虛擬機規範中都可以查詢到，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，如果是複雜的值的話，會顯示 cp_info 的引用，比如說圖中標紅2 處，引用兩個13 和14 位置的 cp_info，13 表示方法名字是init，14 表示方法無回傳值，結合起來表示方法的名稱而回傳類型，就是一個無參構造子；
每行的第四列，就是具體的值了。

對於比較重要的cp_info 類型我們說明下其意義：

InvokeDynamic 表示動態的呼叫方法，後面我們會詳細說明；
Fieldref 表示欄位的描述訊息，如欄位的名稱、類型；
NameAndType 是對欄位和方法類型的描述；
MethodHandle 方法句柄，動態呼叫方法的統稱，在編譯時我們不知道具體是那個方法，但運行時肯定會知道呼叫的是那個方法；
MethodType 動態方法類型，只有在動態運行時才會知道其方法類型是什麼。

我們從上圖標示紅色的3 處，發現Ljava/lang/invoke/MethodHandles$Lookup，java/lang/invoke/LambdaMetafactory.metafactory 類似這樣的程式碼，MethodHandles 和LambdaMetafactory 都是java.lang.invoke 套件下面的重要方法，invoke 套件主要實現了動態語言的功能，我們知道java 語言屬於靜態編譯語言，在編譯的時候，類別、方法、字段等等的類型都已經確定了，而invoke 實作的是一種動態語言，也就是說編譯的時候不知道類別、方法、欄位是什麼類型，只有到運行的時候才知道。

例如這行程式碼：Runnable runnable = () -> System.out.println(“lambda is run”); 在編譯器編譯的時候() 這個括號編譯器並不知道是做什麼的，只有在運作的時候，才會知道原來這代表的是Runnable.run() 方法。 invoke 套件裡面很多類，都是為了代表這些() 的，我們稱作為方法句柄（ MethodHandler ），在編譯的時候，編譯器只知道這裡是個方法句柄，並不知道實際上執行什麼方法，只有在執行的時候才知道，那麼問題來了，JVM 執行的時候，是如何知道() 這個方法句柄，實際上是執行Runnable.run() 方法的呢？

首先我們看下simple 方法的組譯指令：

#從上圖就可以看出simple 方法中的() -> System. out.println(“lambda is run”) 程式碼中的()，其實就是Runnable.run 方法。

我們追溯到# 2 常數池，也就是上上圖中標紅1 處，InvokeDynamic 表示這裡是個動態調用，調用的是兩個常數池的cp_info，位置是#0:#37 ，我們往下找#37 代表著是// run:()Ljava/lang/Runnable，這裡顯示了在JVM 真正執行的時候，需要動態呼叫Runnable.run() 方法，從組譯指令上我們可以看出()其實就是Runnable.run()，下面我們debug 來證明一下。

我們在上上圖3 處發現了LambdaMetafactory.metafactory 的字樣，透過查詢官方文檔，得知該方法正是執行時，連結到真正程式碼的關鍵，於是我們在metafactory 方法中打個斷點debug 一下，如下圖：

Java技巧總結如何看Lambda源碼

metafactory 方法入參caller 代表實際發生動態呼叫的位置，invokedName 表示呼叫方法名稱，invokedType 表示呼叫的多個入參和出參，samMethodType 表示具體的實現者的參數，implMethod 表示實際上的實現者，instantiatedMethodType 等同於implMethod。

以上內容總結一下：

1：從組譯指令的simple 方法中，我們可以看到會執行Runnable.run 方法;

2：在實際的運行時，JVM 碰到simple 方法的invokedynamic 指令，會動態呼叫LambdaMetafactory.metafactory 方法，並執行特定的Runnable.run 方法。

所以可以把Lambda 表達值的具體執行歸功於invokedynamic JVM 指令，正是因為這個指令，才可以做到雖然編譯時不知道要幹啥，但動態運行時卻能找到具體要執行的代碼。

接著我們看一下在彙編指令輸出的最後，我們發現了異常判斷法中發現的內部類，如下圖：

Java技巧總結如何看Lambda源碼