Java JVM 动态方法调用指令 invokedynamic 实现分析（以 Lambda 表达式实现原理为例）

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一、前言

对于 invokedynamic 指令的实现需要方法句柄作为前提知识点。可参考 Java JVM 动态方法调用之方法句柄 MethodHandle。

本文以 Lambda 表达式中运用 invokedynamic 的实现分析。

二、通过简单的代码分析

class InvokeDynamicExample {
    public void lambda1() {
        Runnable runnable = () -> {
            int i = 1;
        };
        runnable.run();
    }
}

转为字节码后，关键字节码如下：

{
  public void lambda1();
    Code:
      stack=1, locals=2, args_size=1
         0: invokedynamic #2,  0     // 生成动态调用站点
         5: astore_1
         6: aload_1
         7: invokeinterface #3,  1  // 调用 lambda 表达式
        12: return
      LocalVariableTable:
        Start  Length  Slot  Name   Signature
            0      13     0  this   LInvokeDynamicExample;
            6       7     1 runnable   Ljava/lang/Runnable;

  private static void lambda$lambda1$0(); // Runnable lambda 表达式默认生成的方法
    Code:
      stack=1, locals=1, args_size=0
         0: iconst_1
         1: istore_0
         2: return
}
BootstrapMethods:  // 引导方法
  0: #23 invokestatic   // 调用静态方法 LambdaMetafactory.metafactory() 返回 CallSite 对象
    Method arguments: // 静态方法关联参数
      #24 ()V
      #25 invokestatic InvokeDynamicExample.lambda$lambda1$0:()V
      #24 ()V

大体流程：

• javac 编译期间将 Lambda 表达式内容编译为一个新的方法，如果表达式与外部成员变量没有关联，编译为静态方法，否则编译为非静态方法。

  上述示例被编译为 private static void lambda$lambda1$0 静态方法。

• 代码执行 invokedynamic 指令时，将调用常量池对应的 BootstrapMethods(引导方法) ，引导方法返回一个动态调用站点对象 CallSite，该对象绑定了要执行的方法句柄。

  上述示例引导方法为 #23 LambdaMetafactory.metafactory ，该方法返回一个动态调用站点对象 CallSite

• 动态调用站点对象 CallSite 上绑定了 lambda$lambda1$0 方法相关的信息（参考字节码 #25）。

• 之后执行 runnable.run(); 代码时，虚拟机则直接调用已经绑定了调用点所链接的 lambda$lambda1$0 方法。

参考

• 动态调用站点 CallSite 对象有关的更多字段类型可参考 AbstractValidatingLambdaMetafactory 类定义。

• Java 8 的 Lambda 表达式为什么要基于 invokedynamic？

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