为什么使用invokedynamic调用Java 8 lambda？

Question 1

该invokedynamic指令用于帮助VM在运行时确定方法引用，而不是在编译时对其进行硬接线。

这对于动态语言非常有用，在动态语言中直到运行时才知道确切的方法和参数类型。但是Java lambda并非如此。它们被转换为带有定义明确的参数的静态方法。并且可以使用调用此方法invokestatic。

那么，invokedynamic对于lambda的需求是什么，尤其是在性能受到影响时？

Question 2

Lambda不能使用调用invokedynamic，它们的对象表示是使用创建的invokedynamic，实际调用是常规invokevirtual或invokeinterface。

例如：

// creates an instance of (a subclass of) Consumer 
// with invokedynamic to java.lang.invoke.LambdaMetafactory 
something(x -> System.out.println(x));   

void something(Consumer<String> consumer) {
      // invokeinterface
      consumer.accept("hello"); 
}

任何lambda都必须成为某些基类或接口的实例。该实例有时包含从原始方法捕获的变量的副本，有时还包含指向父对象的指针。可以将其实现为匿名类。

为什么调用动态

简短的答案是：在运行时生成代码。

Java维护者选择在运行时生成实现类。这是通过调用完成的java.lang.invoke.LambdaMetafactory.metafactory。由于该调用的参数（返回类型，接口和捕获的参数）可以更改，因此需要invokedynamic。

使用invokedynamic构建在运行时的匿名类，允许JVM生成运行时类的字节码。随后对同一语句的调用使用缓存的版本。使用的另一个原因invokedynamic是将来能够更改实现策略，而不必更改已编译的代码。

没走的路

另一个选择是编译器为每个lambda实例创建一个内部类，等效于将上述代码转换为：

something(new Consumer() { 
    public void accept(x) {
       // call to a generated method in the base class
       ImplementingClass.this.lambda$1(x);

       // or repeating the code (awful as it would require generating accesors):
       System.out.println(x);
    }
);

这要求在编译时创建类，然后在运行时加载。jvm处理这些类的方式将与原始类位于同一目录中。而且，当您第一次执行使用该Lambda的语句时，必须加载和初始化该匿名类。

关于表现

第一次调用invokedynamic将触发匿名类的生成。然后，将操作码invokedynamic替换为性能与手动编写匿名实例化等效的代码。

Question 3

Brain Goetz在他的一篇论文中解释了lambda翻译策略的原因，不幸的是，现在看来这些论文不可用。幸运的是，我保留了一份副本：

翻译策略

我们可以通过多种方式在字节码中表示lambda表达式，例如内部类，方法句柄，动态代理等。这些方法各有利弊。在选择策略时，有两个相互竞争的目标：通过不承诺特定策略来最大化将来优化的灵活性，以及在类文件表示中提供稳定性。通过使用来自JSR 292的invokedynamic功能，将字节码中的lambda创建的二进制表示与在运行时评估lambda表达式的机制分开，我们可以实现这两个目标。我们没有描述生成用于实现lambda表达式的对象的字节码（例如，调用内部类的构造函数），而是描述了构造lambda的方法，并将实际构造委托给语言运行时。该配方被编码在invokedynamic指令的静态和动态参数列表中。

使用invokedynamic可以使我们将翻译策略的选择推迟到运行时为止。运行时实现可以自由选择动态选择策略来评估lambda表达式。运行时实现的选择隐藏在用于lambda构建的标准化（即，平台规范的一部分）API的后面，以便静态编译器可以发出对此API的调用，并且JRE实现可以选择其首选实现策略。调用动力学机制允许完成此操作，而无需使用这种后期绑定方法可能会带来的性能成本。

当编译器遇到lambda表达式时，它首先将lambda主体降低（降低）到其参数列表和返回类型与lambda表达式的参数列表和返回类型匹配的方法中，并可能带有一些其他参数（用于从词法范围捕获的值，如果有的话）。）在捕获lambda表达式时，它会生成一个invokedynamic调用站点，该站点在被调用时将返回lambda转换成的功能接口的实例。此调用站点称为给定lambda的lambda工厂。lambda工厂的动态参数是从词法范围捕获的值。lambda工厂的bootstrap方法是Java语言运行时库中的一种标准化方法，称为lambda元工厂。

方法引用与lambda表达式的处理方式相同，不同之处在于，大多数方法引用不需要分解为新方法；我们可以简单地为引用的方法加载一个常量方法句柄，并将其传递给元工厂。

因此，这里的想法似乎是封装翻译策略，而不是通过隐藏那些细节来致力于某种特定的处理方式。将来，当解决类型擦除和缺少值类型的问题得到解决，并且Java可能支持实际的函数类型时，他们也可能会去那里并将其更改为另一种策略，而不会对用户代码造成任何问题。

Question 4

当前Java 8的lambda实现是一个复合决策：

1. 将lambda表达式编译为封闭类中的静态方法；而不是编译lambda来分隔内部类文件（Scala以此方式编译，会生成许多$$$类文件）
1. 引入一个常量池：BootstrapMethods，它将静态方法调用包装到callsite对象中（可以缓存以备后用）

因此，为了回答您的问题，

1. 当前使用的lambda实现invokedynamic比单独的内部类方法要快一点，因为不需要加载这些内部类文件，而是可以动态创建内部类byte []（例如，满足Function接口），并且缓存以备后用。
1. JVM团队仍然可以选择生成单独的内部类（通过引用封闭类的静态方法）文件：它很灵活