最近几年lambda表达式风靡于编程界. 很多现代编程语言都把它作为函数式编程的基本组成部分. 基于jvm的编程语言如scala,groovy还有clojure把它们作为关键部分集成在语言中.现在java8也加入了它们的行列.
有趣的是,对于jvm来说,lambda表达式是完全不可见的,并没有匿名函数和lamada表达式的概念,它只知道字节码是严格面向对象规范的.它取决于语言的作者和它的编译器在规范限制内创造出更新,更高级的语言元素.
我们第一次接触它是在我们要给takipi添加scala支持的时候, 我们不得不深入研究scala的编译器.伴随着java8的来临,我认为探究scala和java编译器是如何实现lambda表达式是非常有趣的事情.结果也是相当出人意料.
接下来，我展示一个简单的lambda表达式，用于将字符串集合转化成字符串自身长度的集合。
java的写法 –
<code>1</code>
<code>list names = arrays.aslist(</code><code>"1"</code><code>,</code><code>"2"</code><code>,</code><code>"3"</code><code>);</code>
<code>2</code>
<code>stream lengths = names.stream().map(name -> name.length());</code>
scala的写法 –
<code>val names = list(</code><code>"1"</code><code>,</code><code>"2"</code><code>,</code><code>"3"</code><code>)</code>
<code>val lengths = names.map(name =>name.length)</code>
表面上看起来非常简单，那么后面的复杂东西是怎么搞的呢？
我使用javap（jdk自带的工具）去查看scala编译器编译出来的class类中所包含的字节码内容。让我们一起看看最终的字节码（这是jvm将真正执行的）
<code>// 加载names对象引用,压入操作栈(jvm把它当成变量#2)</code>
<code>// 它将停留一会,直到被map函数调用.</code>
<code>3</code>
<code>aload_2</code>
接下来的东西变得更加有趣了，编译器产生的一个合成类的实例被创建和初始化。从jvm角度，就是通过这个对象持有lambda方法的。有趣的是虽然lambda被定义为我们方法的一个组成部分，但实际上它完全存在于我们的类之外。
<code>01</code>
<code>new</code> <code>mylambdas/lambda1$$anonfun$</code><code>1</code> <code>//new一个lambda实例变量.</code>
<code>02</code>
<code>dup</code><code>//把lambda实例变量引用压入操作栈.</code>
<code>03</code>
<code>04</code>
<code>// 最后,调用它的构造方法.记住,对于jvm来说,它仅仅只是一个普通对象.</code>
<code>05</code>
<code>invokespecial mylambdas/lambda1$$anonfun$</code><code>1</code><code>/()v</code>
<code>06</code>
<code>07</code>
<code>//这两行长的代码加载了用于创建list的immutable.list canbuildfrom工厂。</code>
<code>08</code>
<code>//这个工厂模式是scala集合架构的一部分。</code>
<code>09</code>
<code>getstatic scala/collection/immutable/list$/module$</code>
<code>10</code>
<code>lscala/collection/immutable/list$;</code>
<code>11</code>
<code>invokevirtual scala/collection/immutable/list$/canbuildfrom()</code>
<code>12</code>
<code>lscala/collection/generic/canbuildfrom;</code>
<code>13</code>
<code>14</code>
<code>// 现在我们的操作栈中已经有了lambda对象和工厂</code>
<code>15</code>
<code>// 接下来的步骤是调用map函数。</code>
<code>16</code>
<code>// 如果你记得，我们一开始已经将names对象引用压入操作栈顶。</code>
<code>17</code>
<code>// names对象现在被作为map方法调用的实例，</code>
<code>18</code>
<code>// 它也可以接受lambda对象和工厂用于生成一个包含字符串长度的新集合。</code>
<code>19</code>
<code>invokevirtual scala/collection/immutable/list/map(lscala/function1;</code>
<code>20</code>
<code>lscala/collection/generic/canbuildfrom;)ljava/lang/object;</code>
但是，等等，lambda对象内部到底发生了什么呢？
lambda类衍生自scala.runtime.abstractfunction1。通过调用map函数可以多态调用被重写的apply方法，被重写的apply方法代码如下：
<code>aload_0</code><code>//加载this对象引用到操作栈</code>
<code>aload_1</code><code>//加载字符串参数到操作栈</code>
<code>checkcast java/lang/string</code><code>//检查是不是字符串类型</code>
<code>// 调用合成类中重写的apply方法</code>
<code>invokevirtual mylambdas/lambda1$$anonfun$</code><code>1</code><code>/apply(ljava/lang/string;)i</code>
<code>//包装返回值</code>
<code>invokestatic scala/runtime/boxesruntime/boxtointeger(i)ljava/lang/integer</code>
<code>areturn</code>
真正用于执行length()操作的代码被嵌套在额外的apply方法中，用于简单的返回我们所期望的字符串长度。
我们前面走了一段很长的路，终于到这边了：
<code>aload_1</code>
<code>invokevirtual java/lang/string/length()i</code>
<code>ireturn</code>
对于我们上面写的简单的代码，最后生成了大量的字节码，一个额外的类和一堆新的方法。当然，这并不意味着会让我们放弃使用lambda（我们是在写scala，不是c）。这仅仅表明了这些结构后面的复杂性.试想lambda表达式的代码和复杂的东西将被编译成复杂的执行链。
我预计java8会以相同的方式实现lambda，但出人意料的是，他们使用了另一种完全不同的方式。
java8的实现,字节码比较短，但是做的事情却很意外。它一开始很简单地加载names变量,并且调用它的stream方法,但它接下来做的东东就显得很优雅了.它使用一个java7加入的一个新指令invokedynamic去动态地连接lambda函数的真正调用点,从而代替创建一个用于包装lambda函数的对象.
<code>aload_1</code><code>//加载names对象引用，压入操作栈</code>
<code>//调用它的stream()方法</code>
<code>invokeinterface java/util/list.stream:()ljava/util/stream/stream;</code>
<code>//神奇的invokedynamic指令!</code>
<code>invokedynamic #</code><code>0</code><code>:apply:()ljava/util/function/function;</code>
<code>//调用map方法</code>
<code>invokeinterface java/util/stream/stream.map:</code>
<code>(ljava/util/function/function;)ljava/util/stream/stream;</code>
神奇的invokedynamic指令. 这个是java 7新加入的指令,它使得jvm限制少了,并且允许动态语言运行时绑定符号.
动态链接. 如果你看到invokedynamic指令,你会发现实际上没有任何lambda函数的引用(名为lambda$0)，这是因为invokedynamic的设计方式，简单地说就是lambda的名称和签名，如我们的例子-
<code>// 一个名为lamda$0的方法，获得一个字符串参数并返回一个integer对象</code>
<code>lambdas/lambda1.lambda$</code><code>0</code><code>:(ljava/lang/string;)ljava/lang/integer;</code>
下面这个字节码是真正的lambda表达式.然后就是千篇一律地、简单地加载字符串参数,调用length方法获得长度,并且包装返回值.注意它是作为静态方法编译的,从而避免了传递一个额外的this对象给他,就像我们前面看到的scala中的做法.
<code>aload_0</code>
<code>invokevirtual java/lang/string.length:()</code>
<code>invokestatic java/lang/integer.valueof:(i)ljava/lang/integer;</code>
<code>4</code>
invokedynamic 方式的另一个优点是,它允许我们使用map函数多态地调用这个方法,而不需要去实例化一个封装对象或调用重写的方法.非常酷吧!
总结：探究java,这个最严格的的现代编程语言是如何使用动态连接加强它的lambda表达式是非常吸引人的事情.这是一个非常高效的方式,不需要额外的类加载,也不需要编译,lambda方法是我们类中的另一个简单的私有方法.
java 8 使用java 7中引入的新技术，使用一个非常直接的方式实现了lambda表达式，干得非常漂亮。像java这样”端庄”的淑女也可以教我们一些新的花样真是非常让人高兴。