Java中Lambda表达式解析

在大部分开发者看来，Lambda表达式只是一种语法糖，简化了书写匿名内部类的写法。实际上Lambda表达式并不仅仅是匿名内部类的语法糖，JVM内部是通过invokedynamic指令来实现Lambda表达式的，与内部类的实现有很大的差异。

本文主要讲解以下知识点：

一、函数式接口
二、Lambda表达式与匿名内部类
三、Lambda实现原理

一、函数式接口

众所周知Javascript具有一个强大的特性：闭包。Java中最接近闭包概念的东西就是lambda表达式了，而Lambda为Java添加了缺失函数式编程的特点。所以什么是函数是接口呢？

函数式接口需满足以下两个条件：

1. 它是接口
2. 这个接口有且仅有一个抽象方法

例如我们常用的：Runnable、View.OnClickListener、Comparable等都是函数式接口，因为它们都只有一个方法，而且都是抽象的。虽然只有一个抽象方法，是不是就意味着只能有一个方法呢？实际并不是，虽然有且仅有一个抽象方法，但是可以有多个非抽象方法的接口。

嗯？！Java接口中难道还可以定义非抽象方法么？平时我们的接口大概长这样：

public interface IdiomSubmitListener {
	void verifyResult(String result);
	void onSuceess();
}

那接口的非抽象方法是啥？原来在JDK 1.8 对于接口而言具有以下新特性：
接口可以定义非抽象方法，但必须使用default或者staic关键字来修饰
具体细节点可以参考 JAVA 8新特性 允许接口定义非抽象方法 快速入门案例

如果一个接口符合函数式接口的定义，那么我们就可以在该接口上面声明FunctionalInterface注解，用来表示该接口是一个函数式接口，并按照函数式接口的规范在编译的时候对该接口进行检查。

当然如果某个接口只有一个抽象方法，但我们并没有给该接口声明FunctionalInterface注解，那么编译器依旧会将该接口看做是函数式接口。

那Lambda表达式跟函数式接口又有什么关联呢？
在JDK 1.8中，Lambda表达式是对象，而不是函数，它们必须依附于一类特别的对象类型–函数式接口。

因此可以说 在JDK 1.8中，Lambda表达式就是一个函数式接口的实例。
所以如果一个实例是函数式接口的实例，那么该对象就可以用Lambda表达式来表示

二、Lambda表达式与匿名内部类

我们知道代码IDE如果是在JDK1.8的环境下，使用匿名内部类作为一个参数传入到方法中，编译器会提示我们：Anonymous new Runnable() can be replaced with lambda，匿名内部类XXX可以替换为lambda表达式。

如下所示，匿名内部类 Runnable是一个函数式接口的实例，所以我们可以用lambda表达式来将之替换，从而将代码变得更加简洁。


那么我们是否就认为：Lambda表达式只是为匿名内部类中提供的一种语法糖，他们有什么区别呢？底层原理是完全一样的呢？

他们主要区别如下：

1、关键字this。匿名内部类的this指向匿名类，而Lambda表达式的this指向被Lambda包围的外部类

2、编译方式。Java编译器将Lambda表达式编译成类的私有方法，使用Java7的invokedynamic字节码动态绑定这个方法。而匿名内部类将编译成外部类$数字编号的新类。这也造成第1点关键字this指向不同地方的原因。

三、Lambda实现原理

我们知道如果使用匿名内部类，编译期间会生成一个外部类$数字编号的类，如图所示：

而如果使用Lambda表达式进行编译后并没有生成新类。

我们对Lambda表达式生成的class文件使用：javap -p -v Test.class 进行反编译生成如下内容，为便于观察，删除了一些无用内容

public class wang.julis.jwbase.basecompact.Test

Constant pool:
   #1 = Methodref          #9.#18         // java/lang/Object."":()V
{
  public wang.julis.jwbase.basecompact.Test();
    descriptor: ()V
    flags: (0x0001) ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=1, locals=1, args_size=1
         0: aload_0
         1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."":()V
         4: return
      LineNumberTable:
        line 12: 0

  private void testLambda();
    descriptor: ()V
    flags: (0x0002) ACC_PRIVATE
    Code:
      stack=3, locals=1, args_size=1
         0: new           #2                  // class java/lang/Thread
         3: dup
         4: invokedynamic #3,  0              // InvokeDynamic #0:run:()Ljava/lang/Runnable;
         9: invokespecial #4                  // Method java/lang/Thread."":(Ljava/lang/Runnable;)V
        12: pop
        13: return
      LineNumberTable:
        line 14: 0
        line 18: 13

  private static void lambda$testLambda$0();
    descriptor: ()V
    flags: (0x100a) ACC_PRIVATE, ACC_STATIC, ACC_SYNTHETIC
    Code:
      stack=2, locals=0, args_size=0
         0: getstatic     #5                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
         3: ldc           #6                  // String lambda
         5: invokevirtual #7                  // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
         8: return
      LineNumberTable:
        line 15: 0
        line 16: 8
}
SourceFile: "Test.java"
InnerClasses:
  public static final #50= #49 of #53;    // Lookup=class java/lang/invoke/MethodHandles$Lookup of class java/lang/invoke/MethodHandles
BootstrapMethods:
  0: #21 REF_invokeStatic java/lang/invoke/LambdaMetafactory.metafactory:(Ljava/lang/invoke/MethodHandles$Lookup;Ljava/lang/String;Ljava/lang/invoke/MethodType;Ljava/lang/invoke/MethodType;Ljava/lang/invoke/MethodHandle;Ljava/lang/invoke/MethodType;)Ljava/lang/invoke/CallSite;
    Method arguments:
      #22 ()V
      #23 REF_invokeStatic wang/julis/jwbase/basecompact/Test.lambda$testLambda$0:()V
      #22 ()V

从反编译的结果我们可以看到：
1、编译期间自动生成私有静态类lambda$testLambda$0而这里面就就是lambda的具体实现逻辑
2、使用invokedynamic去执行lambda表达式 关于invokedynamic命令具体细节可以参考： 08 | JVM是怎么实现invokedynamic的？（上）
3、lambda表达式编译后并没有生成外部类$数字编号的类

总结：

1、函数式接口：有且仅有一个抽象方法，可以用非抽象方法1.8后支持
2、匿名内部类的this指向匿名类，而Lambda表达式的this指向被Lambda包围的外部类
3、lambda表达式编译后不会生成外部类$数字编号的类
4、Java编译器将Lambda表达式编译成类的私有方法，使用Java7的invokedynamic字节码动态绑定这个方法。

参考：
1、《深入探索Android热修复技术原理》2.3.8章节
2、Java8 lambda表达式、函数式接口、方法引用