利用FunctionalInterface获取类字段方法

Posted 2022-11-27 justry_deng

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了利用FunctionalInterface获取类字段方法相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

利用FunctionalInterface获取类、字段、方法

利用FunctionalInterface获取类、字段、方法

背景说明

最近有看到同事用mybatis-plus的LambdaQueryWrapper写查询逻辑，其中本来应该传列名的位置直接使用了lambda来完成：

好奇之下，对其中原理进行了一点点学习。

原理说明

提示：更多信息详见源码LambdaMetafactory类、SerializedLambda类javadoc说明。

原理

如果生成的lambda类需要实现java.io.Serializable的话，那么在生成的lambda实现类中，就会有一个名为writeReplace的方法来作该lambda类的序列化支持（直观的，可见下面的示例）。writeReplace的返回值是SerializedLambda，我们通过反射调用拿到writeReplace返回的SerializedLambda对象后，就可以获得你所写的lambda表达式中所涉及到的类、方法等信息了（看一下SerializedLambda的构造，就知道可以拿到哪些东西了）：

原理示例

首先，有一个集成了java.io.Serializable能力的FunctionalInterface功能接口：

/**
 * 集成了@link Serializable能力的@link Function
 * <pre>
 * 当然，获得@link SerializedLambda，不一定非要使用Function，使用其他的@link FunctionalInterface也行，
 * 只要保证以下两点即可：
 * 1. 会生成lambda实现类
 * 2. 生成的lambda实现类要实现Serializable
 * 注：如果只是获取SerializedLambda实例本身，那么除了上述FunctionalInterface的方式外，还可以通过其它方式获得（如：序列化/反序列化等）。
 * </pre>
 *
 * @author JustryDeng
 * @since 2022/4/9 9:24
 */
public interface SFunction<T, R> extends Function<T, R>, Serializable

注：FunctionalInterface是为了能自动生成lambda实现类；Serializable是为了保证自动生成lambda实现类对Serializable作功能支持，即：生成writeReplace方法。

然后，我们有这样一个简化的lambda写法：

// SerializedLambdaUtil.getFieldName(SFunction<T, ?> sFunction)
// 即：Person::getName是对SFunction<T, ?>实现的一种简化的lambda写法
SerializedLambdaUtil.getFieldName(Person::getName)

其中，对于lambda写法Person::getName，JVM会自动生成实现类：

final class MainTests$$Lambda$1 implements SFunction 
   @Hidden
   public Object apply(Object var1) 
      return ((Person)var1).getName();
   

   private final Object writeReplace() 
      return new SerializedLambda(
	      	MainTests.class, 
	      	"com/example/lambda/demo/SFunction", 
	      	"apply", 
	      	"(Ljava/lang/Object;)Ljava/lang/Object;", 
	      	5, 
	      	"com/example/lambda/test/Person", 
	      	"getName", 
	      	"()Ljava/lang/String;", 
	      	"(Lcom/example/lambda/test/Person;)Ljava/lang/Object;", 
	      	new Object[0]
      	);

注：上述展示的这个JVM自动生成的类，是我运行时直接dump class出来后反编译出来的。

可以看到，自动生成的lambda类中存在writeReplace方法，该方法返回SerializedLambda对象。

实际应用

应用说明

本应用仿mybatis-plus，即：利用FunctionalInterface，获取字段名，也可称为：利用SerializedLambda，获取字段名。

工具类封装

SFunction：一种FunctionalInterface能力支持接口

import java.io.Serializable;
import java.lang.invoke.SerializedLambda;
import java.util.function.Function;

/**
 * 集成了@link Serializable能力的@link Function
 * <pre>
 * 当然，获得@link SerializedLambda，不一定非要使用Function，使用其他的@link FunctionalInterface也行，
 * 只要保证以下两点即可：
 * 1. 会生成lambda实现类
 * 2. 生成的lambda实现类要实现Serializable
 * 注：如果只是获取SerializedLambda实例本身，那么除了上述FunctionalInterface的方式外，还可以通过其它方式获得（如：序列化/反序列化等）。
 * </pre>
 *
 * @author JustryDeng
 * @since 2022/4/9 9:24
 */
public interface SFunction<T, R> extends Function<T, R>, Serializable

SerializedLambdaUtil：SerializedLambda工具类

import org.apache.commons.lang3.StringUtils;

import java.io.Serializable;
import java.lang.invoke.SerializedLambda;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
import java.lang.reflect.Method;

/**
 * @link SerializedLambda工具类
 *
 * @author JustryDeng
 * @since 2022/4/9 11:43
 */
public class SerializedLambdaUtil 
    
    public static FieldNameParser defaultFieldNameParser = new FieldNameParser();
    
    /**
     * @see SerializedLambdaUtil#getFieldName(SFunction)
     */
    public static <T> String getFieldName(SFunction<T, ?> sFunction) 
        return getFieldName(sFunction, defaultFieldNameParser);
    
    
    /**
     * 获取字段名称
     */
    public static <T> String getFieldName(SFunction<T, ?> sFunction, FieldNameParser fieldNameParser) 
        return getFieldName(getSerializedLambda(sFunction), fieldNameParser);
    
    
    /**
     * 获取lambda表达式字段名称
     * <pre>
     * 假设你的lambda表达式部分是这样写的：<code>Person::getFirstName</code>，
     * 那么，此方法的目的就是获取到getFirstName方法对应的（Person类中的对应字段的）字段名
     * </pre>
     */
    public static String getFieldName(SerializedLambda serializedLambda, FieldNameParser fieldNameParser) 
        String implClassLongName = getImplClassLongName(serializedLambda);
        String implMethodName = getImplMethodName(serializedLambda);
        try 
            return fieldNameParser.parseFieldName(Class.forName(implClassLongName), implMethodName);
         catch (ClassNotFoundException e) 
            throw new RuntimeException(e);
        
    
    
    /**
     * 获取lambda表达式中，实现方法的方法名
     * <p>
     *     说明：
     *     假设你的lambda表达式部分是这样写的：<code>Person::getFirstName</code>，<br/>
     *     那么这里获取到的就是Person.getFirstName()的方法名getFirstName
     * </p>
     *
     * @param serializedLambda
     *            serializedLambda对象
     * @return  实现方法的方法名 <br />
     *          形如：getFirstName
     */
    private static String getImplMethodName(SerializedLambda serializedLambda) 
        return serializedLambda.getImplMethodName();
    
    
    /**
     * 获取lambda表达式中，实现方法的类的全类名
     * <p>
     *     说明：
     *     假设你的lambda表达式部分是这样写的：<code>Person::getFirstName</code>，<br/>
     *     那么这里获取到的就是Person的全类名，形如：<code>com.example.lambda.test.Person</code>
     * </p>
     *
     * @param serializedLambda
     *            serializedLambda对象
     * @return  实现方法的类的全类名 <br />
     *          形如：com.example.lambda.test.Person
     */
    private static String getImplClassLongName(SerializedLambda serializedLambda) 
        return serializedLambda.getImplClass().replace("/", ".");
    
    
    /**
     * 获取SerializedLambda实例
     *
     * @param potentialLambda
     *            lambda实例
     * @return  SerializedLambda实例
     */
    private static <T extends Serializable> SerializedLambda getSerializedLambda(T potentialLambda) 
        try
            Class<?> potentialLambdaClass = potentialLambda.getClass();
            // lambda类属于合成类
            if (!potentialLambdaClass.isSynthetic()) 
                throw new IllegalArgumentException("potentialLambda must be lambda-class");
            
            Method writeReplaceMethod = potentialLambdaClass.getDeclaredMethod("writeReplace");
            boolean isAccessible = writeReplaceMethod.isAccessible();
            writeReplaceMethod.setAccessible(true);
            Object writeReplaceObject = writeReplaceMethod.invoke(potentialLambda);
            writeReplaceMethod.setAccessible(isAccessible);
            if (writeReplaceObject == null || !SerializedLambda.class.isAssignableFrom(writeReplaceObject.getClass())) 
                throw new IllegalArgumentException("potentialLambda must be lambda-class. writeReplaceObject should not be " + writeReplaceObject);
            
            return (SerializedLambda)writeReplaceObject;
         catch( NoSuchMethodException | IllegalAccessException | InvocationTargetException e )
            throw new IllegalArgumentException("potentialLambda must be lambda-class", e);
        
    
    
    /**
     * 字段名解析器
     *
     * @author JustryDeng
     * @since 2022/4/9 11:31
     */
    public interface FieldNameParser 
        
        /**
         * 解析字段名
         * <pre>
         *     假设你的lambda表达式部分是这样写的：<code>Person::getFirstName</code>，
         *     那么，
         *     clazz就对应Person类
         *     methodName就对应getFirstName
         * </pre>
         *
         * @param clazz
         *            字段所在的类
         * @param methodName
         *            与字段相关的方法（如：该字段的getter方法）
         * @return  解析字段名
         */
        default String parseFieldName(Class<?> clazz, String methodName) 
            return StringUtils.uncapitalize(methodName.substring("get".length()));

测试一下

测试辅助实体模型

import lombok.Data;

@Data
@SuppressWarnings("all")
public class Person 
    
    private String name;
    
    private String nickName;

测试类

public class MainTests 
    
    /**
     * 测试
     */
    public static void main(String[] args) 
        /* ------------------------- 测试 SerializedLambdaUtil工具类 ------------------------- */
        System.out.println();
        System.out.println("通过FunctionalInterface方式，获得字段名：" + SerializedLambdaUtil.getFieldName(Person::getName));
        System.out.println("通过FunctionalInterface方式，获得字段名：" + SerializedLambdaUtil.getFieldName(Person::getNickName));
        
        
        /* ------------------------- dump运行时class并反编译，以观察生成的lambda实现类 ------------------------- */
        // dump class
        Map<String, Map<String, byte[]>> dumpedClasses = NonExitClassFileTransformerExecutor
                .create("com.example.lambda.test", null, false)
                .exec();
        List<byte[]> list = new ArrayList<>(8);
        dumpedClasses.forEach((k, map) -> list.addAll(map.values()));
        
        // 反编译
        List<Triple<String, String, String>> triples = Decompiler.defaultDecompiler().decompileAsTriple(list);
        String projectRootDir = PathUtil.getProjectRootDir(MainTests.class);
        projectRootDir = projectRootDir.replace("/target/classes/", "/src/main/resources/sourceCode/");
        IOUtil.delete(new File(projectRootDir));
        for (Triple<String, String, String> triple : triples) 
            IOUtil.toFile(triple.getRight().getBytes(StandardCharsets.UTF_8), new File(projectRootDir, triple.getLeft() + ".java"), true);

运行main方法，观察结果

注：dump class、反编译工具见https://gitee.com/JustryDeng/components。

注意事项

SerializedLambda在很多时候确实很好用，但因为使用过程中不可避免的用到了反射，所以需要考虑性能问题。虽然高版本jdk中对反射做了很多优化，性能也接近于直接调用了，但是我们在代码层面还可以继续优化，比如考虑引入缓存之类的机制等等。