關於Lambda位元組碼相關的文章，很早之前就想寫了，[蜂潮運動]APP 產品的後端技術，能快速迭代，除了得益於整體微服架構之外，語言層面上，也是通過Java8的lambda表示式的運用以及rxJava響應式程式設計框架，使程式碼更加簡潔易維護，呼叫方式更加便捷。

本文將介紹JVM中的方法呼叫相關的位元組碼指令，重點解析JDK7(JSR-292)之後新增的invokedynamic指令給lambda表示式的動態呼叫特性提供的實現機制，最後再探討一下lambda效能方面的話題。

方法呼叫的位元組碼指令

在介紹invokedynamic指令前，先回顧一下JVM規範中的所有方法呼叫的位元組碼指令。其他關於位元組碼執行相關的也可以參考po主之前寫的

在Class檔案中，方法呼叫即是對常量池（ConstantPool）屬性表中的一個符號引用，在類載入的解析期或者執行時才能確定直接引用。

1. invokestatic 主要用於呼叫static關鍵字標記的靜態方法
2. invokespecial 主要用於呼叫私有方法，構造器，父類方法。
3. invokevirtual 虛方法，不確定呼叫那一個實現類,比如Java中的重寫的方法呼叫。例子可以參考:從位元組碼指令看重寫在JVM中的實現
4. invokeinterface 介面方法，執行時才能確定實現介面的物件，也就是執行時確定方法的直接引用，而不是解析期間。
5. invokedynamic 這個操作碼的執行方法會關聯到一個動態呼叫點物件（Call Site object），這個call site 物件會指向一個具體的bootstrap 方法（方法的二進位制位元組流資訊在BootstrapMethods屬性表中）的執行，invokedynamic指令的呼叫會有一個獨特的呼叫鏈，不像其他四個指令會直接呼叫方法，在實際的執行過程也相對前四個更加複雜。結合後面的例子，應該會比較直觀的理解這個指令。

lambda表示式執行機制

在看位元組碼細節之前，先來了解一下lambda表示式如何脫糖（desugar）。lambda的語法糖在編譯後的位元組流Class檔案中，會通過invokedynamic指令指向一個bootstrap方法（下文中部分會稱作“引導方法”），這個方法就是java.lang.invoke.LambdaMetafactory中的一個靜態方法。通過debug的方式，就可以看到該方法的執行，此方法原始碼如下：

在執行時期，虛擬機器會通過呼叫這個方法來返回一個CallSite（呼叫點）物件。簡述一下方法的執行過程，首先，初始化一個InnerClassLambdaMetafactory物件，這個物件的buildCallSite方法會將Lambda表示式先轉化成一個內部類，這個內部類是MethodHandles.Lookup caller的一個內部類，也即包含此Lambda表示式的類的內部類。這個內部類是通過位元組碼生成技術（jdk.internal.org.objectweb.asm)生成，再通過UNSAFE類載入到JVM。然後再返回繫結此內部類的CallSite物件，這個過程的原始碼也可以看一下:

這個過程將生成一個代表lambda表示式資訊的內部類（也就是方法第一行的innerClass，這個類是一個 functional 型別介面的實現類），這個內部類的Class位元組流是通過jdk asm 的ClassWriter,MethodVisitor,生成，然後再通過呼叫Constructor.newInstance方法生成這個內部類的物件，並將這個內部類物件繫結給一個MethodHandle物件，然後這個MethodHandle物件傳給CallSite物件（通過CallSite的建構函式賦值）。所以這樣就完成了一個將lambda表示式轉化成一個內部類物件，然後將內部類通過MethodHandle繫結到一個CallSite物件。

CallSite物件就相當於lambda表示式的一個勾子。而invokedynamic指令就連結到這個CallSite物件來實現執行時繫結，也即invokedynamic指令在呼叫時，會通過這個勾子找到lambda所代表的一個functional介面物件（也即MethodHandle物件）。所以lambda的脫糖也就是在執行期通過bootstrap method的位元組碼資訊，轉化成一個MethodHandle的過程。

通過列印consumer物件的className（greeter.getClass().getName()）可以得到結果是eight.Functionnal$$Lambda$1/659748578前面字元是Lambda表示式的ClassName，後面的659748578是剛才所述內部類的hashcode值。

下面通過具體的位元組碼指令詳細分析一下lambda的脫糖機制，並且看一下invokedynamic指令是怎麼給lambda在JVM中的實現帶來可能。如果前面所述過程還有不清晰，還可以參考下Oracle工程師在設計java8 Lambda表示式時候的一些思考：Translation of Lambda Expressions

lambda表示式位元組碼指令示例分析

先看一個簡單的示例，示例使用了java.util.function包下面的Consumer。
示例程式碼:（下面的Person物件只有一個String型別屬性:name，以及一個有參構造方法）

用verbose命令看一下方法主體的位元組碼資訊，這裡暫時省略常量池資訊，後面會在符號引用到常量池資訊的地方具體展示。

invokedynamic指令特性

可以看到第一條指令就是代表了lambda表示式的實現指令,invokedynamic指令，這個指令是JSR-292開始應用的規範，而鑑於相容和擴充套件的考慮(可以參考Oracle工程師對於使用invokedynamic指令的原因)，JSR-337通過這個指令來實現了lambda表示式。也就是說，只要有一個lambda表示式，就會對應一個invokedynamic指令。
先看一下第一行位元組碼指令資訊

0: invokedynamic #2, 0

1. 0: 代表了在方法中這條位元組碼指令操作碼（Opcode）的偏移索引。
2. invokedynamic就是該條指令的操作碼助記符。
3. #2, 0 是指令的運算元（Operand），這裡的#2表示運算元是一個對於Class常量池資訊的一個符號引用。逗號後面的0 是invokedynamic指令的預設值引數，到目前的JSR-337規範版本一直而且只能等於0。所以直接看一下常量池中#2的資訊。
   invokedynamic在常量是有專屬的描述結構的（不像其他方法呼叫指令，關聯的是CONSTANT_MethodType_info結構）。
   invokedynamic 在常量池中關聯一個CONSTANT_InvokeDynamic_info結構，這個結構可以明確invokedynamic指令的一個引導方法（bootstrap method），以及動態的呼叫方法名和返回資訊。

常量池索引位置#2的資訊如下：

結合CONSTANT_InvokeDynamic_info的結構資訊來看一下這個常量池表項包含的資訊。
CONSTANT_InvokeDynamic_info結構如下：

簡單解釋下這個CONSTANT_InvokeDynamic_info的結構：

• tag: 佔用一個位元組（u1）的tag，也即InvokeDynamic的一個標記值，其會轉化成一個位元組的tag值。可以看一下jvm spec中，常量池的tag值轉化表（這裡tag值對應=18）：
  
• bootstrap_method_attr_index：指向bootstrap_methods的一個有效索引值，其結構在屬性表的 bootstrap method 結構中，也描述在Class檔案的二進位制位元組流資訊裡。下面是對應索引 0 的bootstrap method 屬性表的內容：

這段位元組碼資訊展示了，引導方法就是LambdaMetafactory.metafactory方法。對照著前面LambdaMetafactory.metafactory的原始碼一起閱讀。通過debug先看一下這個方法在執行時的引數值：