Java中Lambda表达式解析

Java中Lambda表达式解析

在大部分开发者看来,Lambda表达式只是一种语法糖,简化了书写匿名内部类的写法。实际上Lambda表达式并不仅仅是匿名内部类的语法糖,JVM内部是通过invokedynamic指令来实现Lambda表达式的,与内部类的实现有很大的差异。

本文主要讲解以下知识点:

一、函数式接口

二、Lambda表达式与匿名内部类

三、Lambda实现原理

一、函数式接口

众所周知Javascript具有一个强大的特性:闭包。Java中最接近闭包概念的东西就是lambda表达式了,而Lambda为Java添加了缺失函数式编程的特点。所以什么是函数是接口呢?

函数式接口需满足以下两个条件:

  1. 它是接口
  2. 这个接口有且仅有一个抽象方法

例如我们常用的:Runnable、View.OnClickListener、Comparable等都是函数式接口,因为它们都只有一个方法,而且都是抽象的。虽然只有一个抽象方法,是不是就意味着只能有一个方法呢?实际并不是,虽然有且仅有一个抽象方法,但是可以有多个非抽象方法的接口。

嗯?!Java接口中难道还可以定义非抽象方法么?平时我们的接口大概长这样:

public interface IdiomSubmitListener {
    void verifyResult(String result);
    void onSuceess();
}

那接口的非抽象方法是啥?原来在JDK 1.8 对于接口而言具有以下新特性:
接口可以定义非抽象方法,但必须使用default或者staic关键字来修饰
具体细节点可以参考 JAVA 8新特性 允许接口定义非抽象方法 快速入门案例

如果一个接口符合函数式接口的定义,那么我们就可以在该接口上面声明FunctionalInterface注解,用来表示该接口是一个函数式接口,并按照函数式接口的规范在编译的时候对该接口进行检查。

当然如果某个接口只有一个抽象方法,但我们并没有给该接口声明FunctionalInterface注解,那么编译器依旧会将该接口看做是函数式接口。

那Lambda表达式跟函数式接口又有什么关联呢?
在JDK 1.8中,Lambda表达式是对象,而不是函数,它们必须依附于一类特别的对象类型–函数式接口。

因此可以说 在JDK 1.8中,Lambda表达式就是一个函数式接口的实例。
所以如果一个实例是函数式接口的实例,那么该对象就可以用Lambda表达式来表示

二、Lambda表达式与匿名内部类

我们知道代码IDE如果是在JDK1.8的环境下,使用匿名内部类作为一个参数传入到方法中,编译器会提示我们:Anonymous new Runnable() can be replaced with lambda,匿名内部类XXX可以替换为lambda表达式。

如下所示,匿名内部类 Runnable是一个函数式接口的实例,所以我们可以用lambda表达式来将之替换,从而将代码变得更加简洁。

在这里插入图片描述
那么我们是否就认为:Lambda表达式只是为匿名内部类中提供的一种语法糖,他们有什么区别呢?底层原理是完全一样的呢?

他们主要区别如下:

1、关键字this。匿名内部类的this指向匿名类,而Lambda表达式的this指向被Lambda包围的外部类

2、编译方式。Java编译器将Lambda表达式编译成类的私有方法,使用Java7的invokedynamic字节码动态绑定这个方法。而匿名内部类将编译成外部类$数字编号的新类。这也造成第1点关键字this指向不同地方的原因。

三、Lambda实现原理

我们知道如果使用匿名内部类,编译期间会生成一个外部类$数字编号的类,如图所示:

在这里插入图片描述

而如果使用Lambda表达式进行编译后并没有生成新类。
在这里插入图片描述

我们对Lambda表达式生成的class文件使用:javap -p -v Test.class 进行反编译生成如下内容,为便于观察,删除了一些无用内容

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public class wang.julis.jwbase.basecompact.Test

Constant pool:
#1 = Methodref #9.#18 // java/lang/Object."<init>":()V
{
public wang.julis.jwbase.basecompact.Test();
descriptor: ()V
flags: (0x0001) ACC_PUBLIC
Code:
stack=1, locals=1, args_size=1
0: aload_0
1: invokespecial #1 // Method java/lang/Object."<init>":()V
4: return
LineNumberTable:
line 12: 0

private void testLambda();
descriptor: ()V
flags: (0x0002) ACC_PRIVATE
Code:
stack=3, locals=1, args_size=1
0: new #2 // class java/lang/Thread
3: dup
4: invokedynamic #3, 0 // InvokeDynamic #0:run:()Ljava/lang/Runnable;
9: invokespecial #4 // Method java/lang/Thread."<init>":(Ljava/lang/Runnable;)V
12: pop
13: return
LineNumberTable:
line 14: 0
line 18: 13

private static void lambda$testLambda$0();
descriptor: ()V
flags: (0x100a) ACC_PRIVATE, ACC_STATIC, ACC_SYNTHETIC
Code:
stack=2, locals=0, args_size=0
0: getstatic #5 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
3: ldc #6 // String lambda
5: invokevirtual #7 // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
8: return
LineNumberTable:
line 15: 0
line 16: 8
}
SourceFile: "Test.java"
InnerClasses:
public static final #50= #49 of #53; // Lookup=class java/lang/invoke/MethodHandles$Lookup of class java/lang/invoke/MethodHandles
BootstrapMethods:
0: #21 REF_invokeStatic java/lang/invoke/LambdaMetafactory.metafactory:(Ljava/lang/invoke/MethodHandles$Lookup;Ljava/lang/String;Ljava/lang/invoke/MethodType;Ljava/lang/invoke/MethodType;Ljava/lang/invoke/MethodHandle;Ljava/lang/invoke/MethodType;)Ljava/lang/invoke/CallSite;
Method arguments:
#22 ()V
#23 REF_invokeStatic wang/julis/jwbase/basecompact/Test.lambda$testLambda$0:()V
#22 ()V

从反编译的结果我们可以看到:

1、编译期间自动生成私有静态类lambda$testLambda$0而这里面就就是lambda的具体实现逻辑

2、使用invokedynamic去执行lambda表达式 关于invokedynamic命令具体细节可以参考: 08 | JVM是怎么实现invokedynamic的?(上)

3、lambda表达式编译后并没有生成外部类$数字编号的类

总结:

1、函数式接口:有且仅有一个抽象方法,可以用非抽象方法1.8后支持

2、匿名内部类的this指向匿名类,而Lambda表达式的this指向被Lambda包围的外部类

3、lambda表达式编译后不会生成外部类$数字编号的类

4、Java编译器将Lambda表达式编译成类的私有方法,使用Java7的invokedynamic字节码动态绑定这个方法。

参考:
1、《深入探索Android热修复技术原理》2.3.8章节
2、Java8 lambda表达式、函数式接口、方法引用

# Java

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