【修炼内功】[Java8] Lambda究竟是不是匿名类的语法糖

摘要：本文已收录修炼内功跃迁之路初次接触的时候感觉表达式很神奇表达式带来的编程新思路，但又总感觉它就是匿名类或者内部类的语法糖而已，只是语法上更为简洁罢了，如同以下的代码匿名类内部类编译后会产生三个文件虽然从使用效果来看，与匿名类或者内部类有相

本文已收录【修炼内功】跃迁之路

初次接触Java8的时候感觉Lambda表达式很神奇(Lambda表达式带来的编程新思路)，但又总感觉它就是匿名类或者内部类的语法糖而已，只是语法上更为简洁罢了，如同以下的代码

public class Lambda {
    private static void hello(String name, Consumer printer) {
        printer.accept(name);
    }

    public static void main(String[] args) {
        hello("lambda", (name) -> System.out.println("Hello " + name));
        hello("匿名类", new Consumer () {
            @Override
            public void accept(String name) {
                System.out.println("Hello " + name);
            }
        });
        hello("内部类", new SupplierImpl());
    }

    static class SupplierImpl implements Consumer {
        @Override
        public void accept(String name) {
            System.out.println("Hello " + name);
        }
    }
}

编译后会产生三个文件

虽然从使用效果来看，Lambda与匿名类或者内部类有相似之处(当然也有很大不同，如this指针等 Lambda表达式里的"陷阱")，但从编译结果来看，并不能简单地将Lambda与匿名类/内部类划等号

简单查看Lambda字节码javap -p Lambda

Java编译器自动帮我们生成了方法lambda$main$0，我们有理由相信，Lambda表达式内的逻辑就封装在此函数内

生成的方法lambda$main$0又是如何被调用的呢？

Lambda的调用使用了invokedynamic指令，虚拟机视角的方法调用一文中已经详细介绍了invokedynamic，但这里还是看不出invokedynamic指令与lambda$main$0方法之间到底是如何关联起来的，invokedynamic指令的启动函数(BootstrapMethod)与调用点(CallSite)又在哪里？

其实仔细查看字节码的话可以发下，编译器还会额外生成一个内部类

仔细查看内部类的逻辑，是不是像极了虚拟机视角的方法调用一文中所提invokedynamic的运行过程

在第一次执行invokedynamic时，JVM虚拟机会调用该指令所对应的启动方法(BootstrapMethod)来生成调用点
启动方法(BootstrapMethod)由方法句柄来指定(MH_BootstrapMethod)
启动方法接受三个固定的参数，分别为 Lookup实例、指代目标方法名的字符串及该调用点能够链接的方法句柄类型
将调用点绑定至该invokedynamic指令中，之后的运行中虚拟机会直接调用绑定的调用点所链接的方法句柄

为了验证此想法，可以执行java -Djdk.internal.lambda.dumpProxyClasses Lambda用来导出内部类

跟踪内部类的运行可以发现，在执行lambda表达式的时候会调用MethodHandleNatives.linkCallSite方法来生成并链接到调用点

// Up-calls from the JVM.
// These must NOT be public.

/**
  * The JVM is linking an invokedynamic instruction.  Create a reified call site for it.
  */
static MemberName linkCallSite(Object callerObj,
                               Object bootstrapMethodObj,
                               Object nameObj, Object typeObj,
                               Object staticArguments,
                               Object[] appendixResult) {
    MethodHandle bootstrapMethod = (MethodHandle)bootstrapMethodObj;
    Class caller = (Class)callerObj;
    String name = nameObj.toString().intern();
    MethodType type = (MethodType)typeObj;
    if (!TRACE_METHOD_LINKAGE)
        return linkCallSiteImpl(caller, bootstrapMethod, name, type,
                                staticArguments, appendixResult);
    return linkCallSiteTracing(caller, bootstrapMethod, name, type,
                               staticArguments, appendixResult);
}
static MemberName linkCallSiteImpl(Class caller,
                                   MethodHandle bootstrapMethod,
                                   String name, MethodType type,
                                   Object staticArguments,
                                   Object[] appendixResult) {
    CallSite callSite = CallSite.makeSite(bootstrapMethod,
                                          name,
                                          type,
                                          staticArguments,
                                          caller);
    if (callSite instanceof ConstantCallSite) {
        appendixResult[0] = callSite.dynamicInvoker();
        return Invokers.linkToTargetMethod(type);
    } else {
        appendixResult[0] = callSite;
        return Invokers.linkToCallSiteMethod(type);
    }
}

caller为调用lambda方法的类Lambda [Class]

bootstrapMethod为启动方法的句柄 [MethodHandler]

name为lambda表达式实际类型中需要执行的方法名acccept (Consumer.accept)

type为生成的方法类型()Consumer [MethodType]

staticArguments中包含了lambda方法的方法句柄 [MethodHandler] 及方法类型 [MethodType]

CallSite.makeSite方法会生成调用点，最终调用如class文件中所示的LambdaMetafactory.metafactory方法

public static CallSite metafactory(MethodHandles.Lookup caller,
                                   String invokedName,
                                   MethodType invokedType,
                                   MethodType samMethodType,
                                   MethodHandle implMethod,
                                   MethodType instantiatedMethodType)
    throws LambdaConversionException {
    AbstractValidatingLambdaMetafactory mf;
    mf = new InnerClassLambdaMetafactory(caller, invokedType,
                                         invokedName, samMethodType,
                                         implMethod, instantiatedMethodType,
                                         false, EMPTY_CLASS_ARRAY, EMPTY_MT_ARRAY);
    mf.validateMetafactoryArgs();
    return mf.buildCallSite();
}

简单来讲，所生成内部类作用，是为了生成调用点，并链接到invokedynamic指令，以便动态调用

如果一个类中，多次使用lambda表达式，会生成多少个方法，又会生成多少个内部类？

public class Lambda {
    private static void hello(String name, Consumer printer) {
        printer.accept(name);
    }

    public static void main(String[] args) {
        hello("lambda1", (name) -> System.out.println("Hello " + name));
        hello("lambda2", (name) -> System.out.println("Hello " + name));
        new Thread(() -> {
            System.out.println("thread");
        }).start();
    }
}

上述示例中共使用了三处、两种(Consumer、Runnable)Lambda表达式，编译后查看class文件

对于每一个lambda表达式，都会生成一个静态的私有方法

再查看内部类

只会生成一个内部类，但存在三个方法，每个方法对应一个lambda私有方法，用以生成对应的调用点绑定到相应的invokedynamic指令上

结合以上我们可以总结出：

lambda表达式会被编译为invokedynamic指令

每一个lambda表达式的实现逻辑均会被封装为一个静态私有方法

只要存在lambda表达式调用，便会生成一个内部类

内部类中每一个方法（启动方法 BoostrapMethod）对应一个lambda表达式所生成的静态私有方法，内部类中的方法用以生成对应的调用点绑定到相应的invokedynamic指令上

这也解释了为什么lambda中的this指针指向的是周围的类 (定义该Lambda表达式时所处的类) (Lambda表达式里的"陷阱")

所以，lambda表达式确实是语法糖，但并不是匿名类/内部类的语法糖