java - Lambda和方法引用在运行时级别之间有什么区别？

Question

我遇到了使用方法引用而不是lambda发生的问题。该代码如下：

(Comparator<ObjectNode> & Serializable) SOME_COMPARATOR::compare

或者，用lambda，

(Comparator<ObjectNode> & Serializable) (a, b) -> SOME_COMPARATOR.compare(a, b)

从语义上讲，它是严格相同的，但实际上与第一种情况不同，在一个Java序列化类中，我得到了一个例外。我的问题不是关于此异常的问题，因为实际的代码正在更复杂的上下文中运行，事实证明序列化具有奇怪的行为，因此如果我给出更多详细信息，将很难回答。

我想了解的是这两种创建lambda表达式的方式之间的区别。

Answer 1

入门

为了对此进行研究，我们从以下类开始：

import java.io.Serializable;
import java.util.Comparator;

public final class Generic {

    // Bad implementation, only used as an example.
    public static final Comparator<Integer> COMPARATOR = (a, b) -> (a > b) ? 1 : -1;

    public static Comparator<Integer> reference() {
        return (Comparator<Integer> & Serializable) COMPARATOR::compare;
    }

    public static Comparator<Integer> explicit() {
        return (Comparator<Integer> & Serializable) (a, b) -> COMPARATOR.compare(a, b);
    }

}

编译后，我们可以使用以下命令对其进行反汇编：


  javap -c -p -s -v Generic.class


删除不相关的部分（以及其他一些杂物，例如完全限定的类型和COMPARATOR的初始化）

  public static final Comparator<Integer> COMPARATOR;    

  public static Comparator<Integer> reference();
      0: getstatic     #2  // Field COMPARATOR:LComparator;    
      3: dup    
      4: invokevirtual #3   // Method Object.getClass:()LClass;    
      7: pop    
      8: invokedynamic #4,  0  // InvokeDynamic #0:compare:(LComparator;)LComparator;    
      13: checkcast     #5  // class Serializable    
      16: checkcast     #6  // class Comparator    
      19: areturn

  public static Comparator<Integer> explicit();
      0: invokedynamic #7,  0  // InvokeDynamic #1:compare:()LComparator;    
      5: checkcast     #5  // class Serializable    
      8: checkcast     #6  // class Comparator    
      11: areturn

  private static int lambda$explicit$d34e1a25$1(Integer, Integer);
     0: getstatic     #2  // Field COMPARATOR:LComparator;
     3: aload_0
     4: aload_1
     5: invokeinterface #44,  3  // InterfaceMethod Comparator.compare:(LObject;LObject;)I
    10: ireturn

BootstrapMethods:    
  0: #61 invokestatic invoke/LambdaMetafactory.altMetafactory:(Linvoke/MethodHandles$Lookup;LString;Linvoke/MethodType;[LObject;)Linvoke/CallSite;    
    Method arguments:    
      #62 (LObject;LObject;)I    
      #63 invokeinterface Comparator.compare:(LObject;LObject;)I    
      #64 (LInteger;LInteger;)I    
      #65 5    
      #66 0    

  1: #61 invokestatic invoke/LambdaMetafactory.altMetafactory:(Linvoke/MethodHandles$Lookup;LString;Linvoke/MethodType;[LObject;)Linvoke/CallSite;    
    Method arguments:    
      #62 (LObject;LObject;)I    
      #70 invokestatic Generic.lambda$explicit$df5d232f$1:(LInteger;LInteger;)I    
      #64 (LInteger;LInteger;)I    
      #65 5    
      #66 0

马上我们看到reference()方法的字节码与explicit()的字节码不同。但是，明显的区别isn't actually relevant，但是引导方法很有趣。


  invokedynamic调用站点通过引导程序方法链接到方法，该方法是由编译器为动态类型语言指定的一种方法，该方法由JVM调用一次以链接该站点。


（Java Virtual Machine Support for Non-Java Languages，强调他们的）

这是负责创建lambda使用的CallSite的代码。每个引导方法下方列出的Method arguments是作为LambdaMetaFactory#altMetaFactory的可变参数（即args）传递的值。

方法参数的格式


samMethodType-函数对象要实现的方法的签名和返回类型。
implMethod-一个直接的方法句柄，描述在调用时应调用的实现方法（对参数类型，返回类型进行适当的调整，并在调用参数之前添加捕获的参数）。
InstantiatedMethodType-应该在调用时动态强制执行的签名和返回类型。这可能与samMethodType相同，也可能是它的特殊化。
标志表示其他选项；这是所需标志的按位或。定义的标志是FLAG_BRIDGES，FLAG_MARKERS和FLAG_SERIALIZABLE。
bridgeCount是功能对象应实现的其他方法签名的数量，并且仅当设置了FLAG_BRIDGES标志时才存在。


在这两种情况下，bridgeCount均为0，因此不存在6，否则为bridges-要实现的其他方法签名的变长列表（假设bridgeCount为0，我并不完全是确定为何设置FLAG_BRIDGES）。

将以上内容与我们的论据相匹配，我们得到：


由于通用类型擦除，函数签名和返回类型(Ljava/lang/Object;Ljava/lang/Object;)I是Comparator#compare的返回类型。
调用此lambda时所调用的方法（不同）。
lambda的签名和返回类型，将在调用lambda时进行检查：(LInteger;LInteger;)I（请注意，不会擦除它们，因为这是lambda规范的一部分）。
标志，在两种情况下都是FLAG_BRIDGES和FLAG_SERIALIZABLE的组成（即5）。
桥接方法签名的数量，0。


我们可以看到为两个lambda都设置了FLAG_SERIALIZABLE，所以不是那样。

实施方法

方法参考lambda的实现方法为Comparator.compare:(LObject;LObject;)I，而显式lambda的实现方法为Generic.lambda$explicit$df5d232f$1:(LInteger;LInteger;)I。查看反汇编，我们可以看到前者本质上是后者的内联版本。唯一的其他显着差异是方法参数类型（如前所述，这是由于通用类型擦除）。

Lambda何时可序列化？


  如果lambda表达式的目标类型和捕获的参数可序列化，则可以对其进行序列化。


Lambda Expressions (The Java™ Tutorials)

其中重要的部分是“捕获的参数”。回头看一下反汇编的字节码，方法引用的invokedynamic指令肯定看起来像是在捕获比较器（#0:compare:(LComparator;)LComparator;，与显式lambda #1:compare:()LComparator;相比）。

确认捕获是问题

ObjectOutputStream包含一个extendedDebugInfo字段，我们可以使用-Dsun.io.serialization.extendedDebugInfo=true VM参数设置该字段：


  $ java -Dsun.io.serialization.extendedDebugInfo = true通用


当我们尝试再次序列化lambda时，这给出了非常令人满意的结果

Exception in thread "main" java.io.NotSerializableException: Generic$$Lambda$1/321001045
        - element of array (index: 0)
        - array (class "[LObject;", size: 1)
/* ! */ - field (class "invoke.SerializedLambda", name: "capturedArgs", type: "class [LObject;") // <--- !!
        - root object (class "invoke.SerializedLambda", SerializedLambda[capturingClass=class Generic, functionalInterfaceMethod=Comparator.compare:(LObject;LObject;)I, implementation=invokeInterface Comparator.compare:(LObject;LObject;)I, instantiatedMethodType=(LInteger;LInteger;)I, numCaptured=1])
    at java.io.ObjectOutputStream.writeObject0(ObjectOutputStream.java:1182)
    /* removed */
    at java.io.ObjectOutputStream.writeObject(ObjectOutputStream.java:348)
    at Generic.main(Generic.java:27)

实际发生了什么

从上面可以看出，显式lambda不能捕获任何内容，而方法引用lambda可以捕获任何内容。再次查看字节码可以清楚地表明：

  public static Comparator<Integer> explicit();
      0: invokedynamic #7,  0  // InvokeDynamic #1:compare:()LComparator;    
      5: checkcast     #5  // class java/io/Serializable    
      8: checkcast     #6  // class Comparator    
      11: areturn

如上所示，它具有以下实现方法：

  private static int lambda$explicit$d34e1a25$1(java.lang.Integer, java.lang.Integer);
     0: getstatic     #2  // Field COMPARATOR:Ljava/util/Comparator;
     3: aload_0
     4: aload_1
     5: invokeinterface #44,  3  // InterfaceMethod java/util/Comparator.compare:(Ljava/lang/Object;Ljava/lang/Object;)I
    10: ireturn

显式lambda实际上是在调用lambda$explicit$d34e1a25$1，而后者又又调用了COMPARATOR#compare。间接层意味着它不会捕获任何不是Serializable的东西（确切地说就是所有东西），因此可以安全地进行序列化。方法参考表达式直接使用COMPARATOR（然后将其值传递给bootstrap方法）：

  public static Comparator<Integer> reference();
      0: getstatic     #2  // Field COMPARATOR:LComparator;    
      3: dup    
      4: invokevirtual #3   // Method Object.getClass:()LClass;    
      7: pop    
      8: invokedynamic #4,  0  // InvokeDynamic #0:compare:(LComparator;)LComparator;    
      13: checkcast     #5  // class java/io/Serializable    
      16: checkcast     #6  // class Comparator    
      19: areturn

缺少间接性意味着COMPARATOR必须与lambda一起序列化。由于COMPARATOR不引用Serializable值，因此失败。

解决方法

我很犹豫地将其称为编译器错误（我希望缺少间接寻址可以起到优化作用），尽管这很奇怪。解决方法是微不足道的，但是很难看。在声明中添加COMPARATOR的显式强制转换：

public static final Comparator<Integer> COMPARATOR = (Serializable & Comparator<Integer>) (a, b) -> a > b ? 1 : -1;

这使所有内容都能在Java 1.8.0_45上正确执行。还值得注意的是，eclipse编译器也会在方法参考案例中产生该间接层，因此本文中的原始代码不需要修改即可正确执行。