一文带你读懂JDK源码：Lambda表达式
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了一文带你读懂JDK源码：Lambda表达式相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
Lambda和Stream是Jdk1.8中引入的两个重要特性。
Lambda是函数式编程，可以将匿名方法像参数一样传递，本章节将从4个方面来介绍lambda：Lambda基础语法、Lambda表达式的应用层面、Lambda的字节码源码 以及 优缺点性能。
程序计数器（Program Counter Register）：当前线程执行的字节码指示器
Java虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks）：Java方法执行的内存模型，每个方法会创建一个栈帧用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。
本地方法栈（Native Method Stack）：（虚拟机使用到的）本地方法执行的内存模型。
Java堆（Java Heap）：虚拟机启动时创建的内存区域，唯一目的是存放对象实例，处于逻辑连续但物理不连续内存空间中。
方法区（Method Area）：存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。
运行时常量池（Runtime Constant Pool）：方法区的一部分，存放编译器生成的各种字面值和符号引用。
| 序号 |
常量池信息 |
备注 |
| 1 | CONSTANT_InvokeDynamic_Info |
标识一个动态方法调用点 |
| 2 | CONSTANT_NameAndType_Info |
标识字段或方法的部分符合引用 |
在Class文件中，方法调用即是对常量池（ConstantPool）属性表中的一个符号引用，在类加载的解析期或者运行时才能确定直接引用。invokestatic 主要用于调用static关键字标记的静态方法 invokespecial 主要用于调用私有方法，构造器，父类方法。
invokevirtual 虚方法，不确定调用那一个实现类,比如Java中的重写的方法调用。例子可以参考:从字节码指令看重写在JVM中的实现 invokeinterface 接口方法，运行时才能确定实现接口的对象，也就是运行时确定方法的直接引用，而不是解析期间。
Lambda的定义：
Lambda 表达式（lambda expression）是一个匿名函数，Lambda表达式基于数学中的λ演算得名，直接对应于其中的lambda抽象（lambda abstraction），是一个匿名函数，即没有函数名的函数。
Lambda 表达式可以表示闭包（注意和数学传统意义上的不同）。
java对Lambda的语法定义如下：
(parameters) -> expression或
(parameters) ->{ statements; }| 序号 | 描述 |
| 1 | 可选类型声明：不需要声明参数类型，编译器可以统一识别参数值。 |
| 2 | 可选的参数圆括号：一个参数无需定义圆括号，但多个参数需要定义圆括号。 |
| 3 | 可选的大括号：如果主体包含了一个语句，就不需要使用大括号。 |
| 4 | 可选的返回关键字：如果主体只有一个表达式返回值则编译器会自动返回值，大括号需要指定明表达式返回了一个数值。 |
以参考下面的Lambda使用例子1：
-
我们定义了以下的lambda接口
//无参但是有返回值interface testNoArgButReturnVal {int testNoArgButReturnVal();}//一个参数，有返回值interface testArgWithReturnVal {int testArgWithReturnVal(String message);}//两个参数，有返回值interface testArgsWithReturnVal {int testArgsWithReturnVal(String message, Integer value);}//两个参数，无返回值interface testArgsWithNoReturnVal {void testArgsWithNoReturnVal(String message, Integer value);}
lambda表达式实现
//无参但是有返回值testNoArgButReturnVal testNoArgButReturnVal = ()->1;testNoArgButReturnVal testNoArgButReturnVal2 = ()->{return 1;};//一个参数，有返回值testArgWithReturnVal testArgWithReturnVal = (String a) -> {return 1;};testArgWithReturnVal testArgWithReturnVal2 = (a) -> {return 1;};testArgWithReturnVal testArgWithReturnVal3 = a -> {return 1;};testArgWithReturnVal testArgWithReturnVal4 = a -> 1;//两个参数，有返回值testArgsWithReturnVal testArgsWithReturnVal = (String a, Integer b) -> {return 1;};testArgsWithReturnVal testArgsWithReturnVal2 = (a, b) -> {return 1;};testArgsWithReturnVal testArgsWithReturnVal3 = (a, b) -> 1;//两个参数，无返回值testArgsWithNoReturnVal testArgsWithNoReturnVal = (String a, Integer b) -> {};testArgsWithNoReturnVal testArgsWithNoReturnVal2 = (String a, Integer b) -> {System.out.println("a = " + a + ", b = " + b);};
当然，如果觉得这种灵活的编程不太适应，那么可以用最保险的办法，那就是始终用()圈住入参，用{}圈住实现体。
下面我们讲解：Lambda的注解与应用例子。
每个lambda声明接口，都用到了 @FunctionalInterface，这便是jdk8引入的Lambda注解了（实际上jdk8没要求必须显式声明该注解）。
@FunctionalInterface 注解
@Documented@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)@Target(ElementType.TYPE)public @interface FunctionalInterface {}
/*** <p>* Java 8 中采用函数式接口作为Lambda 表达式的目标类型。* 函数式接口(Functional Interface)是一个有且仅有一个抽象方法声明的接口。* 任意只包含一个抽象方法的接口，我们都可以用来做成Lambda表达式。* 每个与之对应的lambda表达式必须要与抽象方法的声明相匹配。* </p>*///自定义函数式接口时，应当在接口前加上@FunctionalInterface标注（虽然不加也不会有错误）。//编译器会注意到这个标注，如果你的接口中定义了第二个抽象方法的话，编译器会抛出异常。@FunctionalInterfacepublic interface MyFunction {/*** 函数式接口中只能有一个抽象方法（这里不包括与Object的方法重名的方法）* 接口中唯一抽象方法的命名并不重要，因为函数式接口就是对某一行为进行抽象，主要目的就是支持 Lambda 表达式*/String print(String s);//Error，如果你的接口中定义了第二个抽象方法的话，编译器会抛出异常。// String print2(String s);}
-
该注解只能标记在”有且仅有一个抽象方法”的接口上。 -
JDK8接口中的静态方法和默认方法，都不算是抽象方法。 -
接口默认继承Java.lang.Object，所以如果接口显示声明覆盖了Object中方法，那么也不算抽象方法。 -
该注解不是必须的，如果一个接口符合”函数式接口”定义，那么加不加该注解都没有影响。加上该注解能够更好地让编译器进行检查。如果编写的不是函数式接口，但是加上了@FunctionInterface，那么编译器会报错。
下面我们讲解：Lambda的 class 字节码源码，从编译角度彻底理解lambda的实现。
（实际上，lambda在应用层面会这么方便，是因为编译器在底层做了大量的工作，我们可以一窥究竟。）
举例子3：
我们基于例子2的MyFunction lambda声明接口，写了 LambdaSourceTestCase 用例：
public class LambdaSourceTestCase {public static void main(String[] args) {String a = "a"; //定义局部变量MyFunction myFunction = (s)-> {return s;}; //定义匿名函数实现myFunction.print(a); //调用lambda}}
编译与查看虚拟机运行时信息指令：
javac -encoding utf8 LambdaSourceTestCase.java MyFunction.javajavap -verbose LambdaSourceTestCase.class
下面我们通过3个步骤，来分析lambda的字节码源码。
1、在主体方法里，我们找到lambda表达式 匹配的 invokedynamic 指令。
2、根据invokedynamic指令的偏移量，定位到#0:#23 分别指向的bootstrap属性表 & 常量池信息。
2.1 常量池信息（Constant Pool）
2.2 BootstrapMethods 属性表
3、字节码分析：
最后的最后，是一个类的静态方法：
LambdaMetafactory.metafactory()方法。
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;
总结归纳：
lambda表达式对应一个incokedynamic 指令，通过指令在常量池的符号引用，可以得到BootstrapMethods 属性表对应的引导方法。
在运行时，JVM会通过调用这个引导方法生成一个含有MethodHandle（CallSite的target属性）对象的CallSite作为一个Lambda的回调点。Lambda的表达式信息在JVM中通过字节码生成技术转换成一个内部类，这个内部类被绑定到MethodHandle对象中。每次执行lambda的时候，都会找到表达式对应的回调点CallSite执行。一个CallSite可以被多次执行（在多次调用的时候）。
在多次调用的时候，只会有一个invokedynamic指令，在comparator调用comparator.compare或comparator.reversed方法时，都会通过CallSite找到其内部的MethodHandle，并通过MethodHandle调用Lambda的内部表示形式LambdaForm。
总而言之，函数式编程是技术的发展方向，而Lambda是函数式编程最基础的内容，所以Java 8中加入Lambda表达式本身是符合技术发展方向的。
优点:
1、代码更加简洁,效率高;
2、减少匿名内部类的创建，节省资源（Lambda的性能表现，在多数情况也比匿名内部类好，性能方面可以参考一下Oracle的Sergey Kuksenko发布的 Lambda 性能报告）；
缺点:
1、不熟悉Lambda表达式的语法的人,不太容易看得懂;
2、虽然代码更加简洁,但可读性差,不利于维护;
本文从4个方面介绍了：Lambda基础语法、Lambda表达式的应用层面、Lambda的字节码源码 以及 优缺点性能，希望大家从中能有所收获。
文章参考了以下文章：
https://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/java/lang/invoke/LambdaMetafactory.html#metafactory-java.lang.invoke.MethodHandles.Lookup-java.lang.String-java.lang.invoke.MethodType-java.lang.invoke.MethodType-java.lang.invoke.MethodHandle-java.lang.invoke.MethodType-
https://www.cnblogs.com/jixp/articles/10548492.html
https://www.oracle.com/technetwork/java/jvmls2013kuksen-2014088.pdf
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