如果你的需求需要匿名类来实现,例如是一个只有一个方法的接口,那么匿名类的语法可能看起来比较笨拙和不清晰,尽管匿名类比命名类更简洁,但对于只有一个方法的类来说,即使是匿名类也显得有些麻烦。还有在一些情况下,需要将功能作为参数传递给另一个方法,例如当有人单击页面上按钮时应该采取什么操作,javascript 可以通过闭包实现。在 java 语言中,lambda 表达式能够将功能视为方法参数,或将代码视为数据,而且 lambda 表达式可以更紧凑地表达单方法类的实例,在 Swing 编程和集合(Collections)编程中优势很明显。
lambda 表达式
lambda 表达式,也被称为闭包,它是推动 Java 8 发布的最重要新特性。lambda 允许把函数作为一个方法的参数(函数作为参数传递进方法中)。
lambda 表达式的语法格式如下:
(parameters) -> expression或 (parameters) ->{ statements; }
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以下是 lambda 表达式的重要特征:
例如下面是一些 lambda 表达式
(int x, int y) -> x + y
() -> 42
(String s) -> { System.out.println(s); }
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函数式接口
只有一个抽象方法的接口,称为函数式接口。例如下面的接口,
public interface MyFunctionInterface<T> {
public T getValue(T t);
}
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测试类如下
public class MyFunctionInterfaceTest {
public static void main(String[] args) {
testMethod(" aaaa ", s -> s.trim());
testMethod(" aaaa ", s -> s.trim().toUpperCase());
}
public static void testMethod(String str, MyFunctionInterface<String> functionInterface) {
System.out.println(functionInterface.getValue(str));
}
}
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输出结果如下:
修改一下上面的接口,增加一个方法。
public interface MyFunctionInterface<T> {
public T getValue(T t);
public T returnValue(T t);
}
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增加一个方法之后,上面就不是函数式接口了,可以看到 lambda 表达式就会报错。
虽然不能在函数式接口中定义多个方法,但可以定义默认方法、静态方法以及 java.lang.Object 里的 public 方法。如下面的代码
@FunctionalInterface
public interface MyFunctionInterface<T> {
public T getValue(T t);
default void defaultMethod() {
System.out.println("this is default method");
}
static void staticMethod() {
System.out.println("this is static method");
}
public boolean equals(Object obj);
}
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我们可以在接口上使用 @FunctionalInterface 注解,如果使用 Intellij IDEA 可以在编码的时候就看见报错了,这样做可以检查它是否是一个函数式接口。
通过反编译,可以看到函数式接口其实就是一个普通的 java 接口类,如下图
函数式接口可以作为方法参数传递 lambda 表达式,但是为了将 Lambda 表达式作为参数传递,接收 Lambda 表达式的参数类型必须是与该 Lambda 表达式兼容的函数式接口的类型。但是我们没必要为每一个 lambda 表达式创建接口,在 jdk 的 java.util.function 包下面已经为我们创建了常用的函数式接口,其中比较核心的是消费型接口(Consumer<T>),供给型接口(Supplier<T>),断言型接口(Predicate<T>),函数型接口(Function<T, R>)四个接口,能够满足大部分应用场景。
lambda 表达式原理分析
继续使用上面的测试代码,可以在 IDEA 中使用 jclasslib Bytecode viewer 插件查看 MyFunctionInterface.class 源文件。
安装完 jclasslib Bytecode viewer,会在 view 菜单中出现如下两个选项
选择需要反编译的 class 文件,点击 Show Bytecode with Jclasslib 选项会出现如下界面
可以看到里面编译器多生成了 lambda$main$0 和 lambda$main$1 两个私有静态方法,属性当中多了 InnerClasses。我们可以通过 Show Bytecode 查看一下测试类字节码更详细的反编译结果,找到这两个静态方法。
// access flags 0x100A
private static synthetic lambda$main$1(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String;
L0
LINENUMBER 6 L0
ALOAD 0
INVOKEVIRTUAL java/lang/String.trim ()Ljava/lang/String;
INVOKEVIRTUAL java/lang/String.toUpperCase ()Ljava/lang/String;
ARETURN
L1
LOCALVARIABLE s Ljava/lang/String; L0 L1 0
MAXSTACK = 1
MAXLOCALS = 1
// access flags 0x100A
private static synthetic lambda$main$0(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String;
L0
LINENUMBER 5 L0
ALOAD 0
INVOKEVIRTUAL java/lang/String.trim ()Ljava/lang/String;
ARETURN
L1
LOCALVARIABLE s Ljava/lang/String; L0 L1 0
MAXSTACK = 1
MAXLOCALS = 1
}
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可以看到两个私有的静态方法干的就是 Lambda 表达式里面的内容,那么又是如何调用的生成的私有静态方法呢?如下图,通过分析 main 方法的 L0,首先通过 INVOKEDYNAMIC 指令调用是 MyFunctionInterface 的 getValue 方法的引用,以及后面的 BootstrapMethods #0。使用 jclasslib Bytecode viewer 查看。
点击 #3,进入下面界面
点击 BootstrapMethods #0,进入如下界面
点击 cp_info #44,进入如下界面
继续点击相应的方法描述符,我们可以看到最后
cp_info #74 内容如下:
(Ljava/lang/invoke/MethodHandles$Lookup;Ljava/lang/String;Ljava/lang/invoke/MethodType;Ljava/lang/invoke/MethodType;Ljava/lang/invoke/MethodHandle;Ljava/lang/invoke/MethodType;)Ljava/lang/invoke/CallSite;
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可以看到 INVOKEDYNAMIC 后面的一系列指令,最后使用 INVOKESTATIC 调用
java/lang/invoke/LambdaMetafactory.metafactory(Ljava/lang/invoke/MethodHandles$Lookup;Ljava/lang/String;Ljava/lang/invoke/MethodType;Ljava/lang/invoke/MethodType;Ljava/lang/invoke/MethodHandle;Ljava/lang/invoke/MethodType;)Ljava/lang/invoke/CallSite;
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查看 LambdaMetafactory.metafactory 的方法,里面通过 InnerClassLambdaMetafactory 生成了 CallSite 的子类 ConstantCallSite,当通过指令调用 CallSite 会返回函数式接口的实例,而生成接口实例的方式是通过内部类的方式,由于方法比较深,就不继续贴代码了。
public static CallSite metafactory(MethodHandles.Lookup caller,
String invokedName,
MethodType invokedType,
MethodType samMethodType,
MethodHandle implMethod,
MethodType instantiatedMethodType)
throws LambdaConversionException {
AbstractValidatingLambdaMetafactory mf;
mf = new InnerClassLambdaMetafactory(caller, invokedType,
invokedName, samMethodType,
implMethod, instantiatedMethodType,
false, EMPTY_CLASS_ARRAY, EMPTY_MT_ARRAY);
mf.validateMetafactoryArgs();
return mf.buildCallSite();
}
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CallSite 持有 com/para/lambda/MyFunctionInterfaceTest.lambda$main$0 方法的句柄,这个句柄会调用该方法。
所以使用 lambda 表达式的地方,会在类编译的时候在本类中生成对应的私有静态方法和一个 INNERCLASS 的访问标识(具体是什么东西没找到资料,注释显示是一个访问标识),该访问标识会调用引导类加载器动态生成内部类,该内部类实现了函数式接口,在实现接口的方法中,会调用编译器生成静态方法,在使用 lambda 表达式的地方,通过传递内部类实例,来调用函数式接口方法。
总结
本文从 lambda 表达式、函数式接口的介绍和对 lambda 表达式底层原理的分析来认识 java 中的函数式编程。函数式接口本身就是一个普通的接口,而 lambda 表达式本质上和匿名内部类是一样的,只不过条件更加苛刻。使用 lamda 表达式可以以一种更优雅的方式来编程。
本文转载自:360 技术(ID:qihoo_tech)
原文链接:Lambda表达式介绍和底层实现分析
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