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Java JDK1.8新特性

2014-06-12 17:26 423 查看
一、lambda含义

lambda表示数学符号“λ”,计算机领域中λ代表“λ演算”,表达了计算机中最基本的概念:“调用”和“置换”。在很多动态语言和C#中都有相应的lambda语法,这类语法都为了简化代码,提高运行效率。

二、lambda 项目的背景参考这里

无论是面向对象语言还是函数式语言,基本数值都可以被动态的封装入程序动作:面向对象语言通过“方法”,函数式语言通过“函数。

介于“方法”和“函数”的定义有很多种,补充下IBM知识库的解释

在面向对象语言中,方法不是一阶值(First-class value),在函数式语言中,函数是一阶值。在函数式语言中,函数可以作为另一个函数的返回值或参数,还可以作为一个变量的值,函数可以嵌套定义,而在面向对象语言中的的“方法”做不到这点。

Java可以说是面向对象语言的代表,如果要调用其方法,需要先创建对象。不过Java对象都是“重量级”的,实例化具体的类的对象,需要经过定义和申明两个阶段。比如定义方法,并给内部字段赋初始值。但是一个对象只包含一个方法的情况很多,比如实现API中的“回调接口”功能的类,在swing中有接口:

Java代码



<span><span><span style="">public interface ActionListener {

void actionPerformed(ActionEvent e);

}</span></span></span>

现有的实现方式大多是:

Java代码



<span><span><span style="">button.addActionListener(new ActionListener() {

public void actionPerformed(ActionEvent e) {

ui.dazzle(e.getModifiers());

}

});</span></span></span>

很多现有的类库都基于这种设计实现,所以对于代码被明确定义运行在单独线程的API来说,匿名内部类尤为重要。这些匿名内部类只存在于创建它的线程中。但是在并行计算领域,CPU的制造商着力发展多核技术来提升CPU的功能,这么做几乎无法依靠多核的优势来提升其性能。

鉴于回调函数和其他功能式语法的关系越来越密切,所以必须建立尽可能的轻量级的数据模型(从编码角度而言,性能方面下文再说)。对于这点来说匿名内部类的缺点如下:

1. 语法相对复杂。

2. 在调用内部类的上下文中,指引和this的指代容易混淆。

3. 类加载和实例创建语法不可避免。

4. 不能引用外部的非final对象。

5. 不能抽象化控制流程

针对这些问题,lambda项目致力于

1. 消除问题1和问题2,通过引入更简单的表达式和局部变量的定义规则。

2. 回避问题3,定义更灵活更友善的语法。这里只是回避,类加载和实例化本身不可避免。下文会解释。

3. 改善问题4,允许用户使用最终有效的局部变量。

不过lambda项目目前并不能解决所有关于内部类的问题。问题4和问题5没有完全解决,这计划在将类版本中继续改善。对于性能方面,原文也没有提,不过后面有些补充。

三、lambda用法

通过上文可以了解到,lambda语法是针对“回调接口”和“匿名内部类”作出的改进,所以lambda的语法目前仅对于部分接口,这些接口的特点是只含一个抽象方法,在lambda项目中,早期称为SAM类型(SAM = single abstract method 即单一抽象方法)。在最新的文档中(即这个版本),它们有了新名字,叫函数接口(functional interface),比如:

1 java.lang.Runnable
2 java.util.concurrent.Callable
3 java.security.PrivilegedAction
4 java.util.Comparator
5 java.io.FileFilter
6 java.nio.file.PathMatcher
7 java.lang.reflect.InvocationHandler
8 java.beans.PropertyChangeListener
9 java.awt.event.ActionListener
10 javax.swing.event.ChangeListener

lambda的语法包括三部分
1、参数列表
2、箭头符号"->"
3、代码块。

其中代码块很像一个方法体,return语句将控制权交还给匿名方法(anonymous method,即lambda表达式)的调用者;break和continue不能出现在函数体的顶部,不过可以出现在内部的循环里;如果代码块得出最终结果,那么每一个控制路径(control path) 必须都有返回或抛出异常。

如果代码块只有简单一行,可以省略return关键字和“{}”符号(以下所写的例子都是基于JDK 1.8 lambda预览版),比如:

Java代码



<span><span><span style="">public class LambdaTest {

public static void main(String... args) {

//这里有{}和return 以及 ;

Runnable r = () -> { System.out.println("hello world"); };

//这里不需要{}和return

java.util.Comparator<String> c = (String s1, String s2) -> s2.length()-s1.length();

r.run();

System.out.println(c.compare("s1", "12323"));

}

}</span></span></span>

输出为:

hello world

3

除了这些现有接口,我们还可以自定义函数接口:

Java代码



<span><span><span style="">public class LambdaTest {

interface lambdaInterface {

public void me(String str);

}

public static void main(String... args) {

lambdaInterface li = (String s)->{System.out.println(s);};

li.me("hello world!");

}

}</span></span></span>

输出为:

hello world!

新的lambda方法从语法上的确是简化了很多。和lambda第一次发布的语法相比也优雅很多。

四、lambda代码块的字节码

看完了语法的确很简单,那么lambda是怎么实现的,就得从字节码考察了。这里和匿名内部类做个对比,编译如下代码:

Java代码



<span><span><span style="">public class LambdaTest {

lambdaInterface li1 = ()->{System.out.println(this);};

lambdaInterface li2 = new lambdaInterface(){

public void me(){

System.out.println(this);

}

};

public static void main(String... args) {

LambdaTest lt = new LambdaTest();

lt.li1.me();

lt.li2.me();

}

}

interface lambdaInterface {

public void me();

}</span></span></span>

编译后有会有四个文件:

LambdaTest.class

LambdaTest$1.class

LambdaTest$2.class

lambdaInterface.class

它的的输出结果为:

LambdaTest@200bde

LambdaTest$1@1eb41d6

结果很明显地显示,lambda代码块和内部类的this的指引是不一样的。lambda代码块输出的是调用者的this,即lambdaTest.class的实例。匿名内部类输出的是自己lambdaTest$1.class的实例。

先看看lambdaTest.class的字节码:

Txt代码



<span><span><span style="">public class LambdaTest {

lambdaInterface li1;

lambdaInterface li2;

public LambdaTest();

Code:

0: aload_0

1: invokespecial #1 // Method java/lang/Object."<init>":()V

4: aload_0

5: new #2 // class LambdaTest$2

8: dup

9: aload_0

10: aload_0

11: invokespecial #3 // Method LambdaTest$2."<init>":(LLambdaTest;LLambdaTest;)V

14: putfield #4 // Field li1:LlambdaInterface;

17: aload_0

18: new #5 // class LambdaTest$1

21: dup

22: aload_0

23: invokespecial #6 // Method LambdaTest$1."<init>":(LLambdaTest;)V

26: putfield #7 // Field li2:LlambdaInterface;

29: return

public static void main(java.lang.String...);

Code:

0: new #8 // class LambdaTest

3: dup

4: invokespecial #9 // Method "<init>":()V

7: astore_1

8: aload_1

9: getfield #4 // Field li1:LlambdaInterface;

12: invokeinterface #10, 1 // InterfaceMethod lambdaInterface.me:()V

17: aload_1

18: getfield #7 // Field li2:LlambdaInterface;

21: invokeinterface #10, 1 // InterfaceMethod lambdaInterface.me:()V

26: return

}</span></span></span>

从这里可以看出,lambda代码块和匿名内部类的调用方法是一样的,都是先创建一个方法,然后创建其句柄,这两个句柄分别对应lambdaTest$2.class和lambdaTest$1.class。

其中匿名内部类对应LambdaTest$1,它的字节码为:

Txt代码



<span><span><span style="">class LambdaTest$1 implements lambdaInterface {

final LambdaTest this$0;

LambdaTest$1(LambdaTest);

Code:

0: aload_0

1: aload_1

2: putfield #1 // Field this$0:LLambdaTest;

5: aload_0

6: invokespecial #2 // Method java/lang/Object."<init>":()V

9: return

public void me();

Code:

0: getstatic #3 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;

3: aload_0

4: invokevirtual #4 // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/Object;)V

7: return

}</span></span></span>

lambda代码块对应LambdaTest$2,它的字节码为:

Txt代码



<span><span><span style="">class LambdaTest$2 implements lambdaInterface {

LambdaTest encl$0;

final LambdaTest this$0;

LambdaTest$2(LambdaTest, LambdaTest);

Code:

0: aload_0

1: aload_1

2: putfield #1 // Field this$0:LLambdaTest;

5: aload_0

6: invokespecial #2 // Method java/lang/Object."<init>":()V

9: aload_0

10: aload_2

11: putfield #3 // Field encl$0:LLambdaTest;

14: return

public void me();

Code:

0: getstatic #4 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;

3: aload_0

4: getfield #3 // Field encl$0:LLambdaTest;

7: invokevirtual #5 // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/Object;)V

10: return

}

</span></span></span>

从它们的字节码可以很明显的看出,lambda代码块的字节码在初始化时多了putfield指令,在me()运行时,有getfield指令。从解释Field encl$0:LLambdaTest;中可以知道这步骤就是LambdaTest实例引用的入栈和出栈,所以lambda的代码块的this的引用是其调用者LambdaTest.class,这里和匿名内部类不一样。相比较而言,lambda代码块对this的引用更精准。

至此lambda项目的前两个目标已经完成。即简化语法,和明确对象指引。

五、lamdab的性能

在JDK1.7中,引入了虚拟机新指令,invokedynamic(有点函数指针的味道),将用于支持lambda项目,具体可以参考Rémi
Forax 的博客。

但是目前javap指令还不能直生成带有invokedynamic指令的字节码,不过可以通过别的工具来实现,可以参考周志明的文章。这里引用引用周志明的说明,简单的解释如下(详细的请看他的文章):

每一处含有invokedynamic指令的位置都被称作“动态调用点(Dynamic Call Site)”,这条指令的第一个参数不再是代表方法符号引用的CONSTANT_Methodref_info常量,而是变为JDK 7新加入的CONSTANT_InvokeDynamic_info常量,从这个新常量中可以得到3项信息:引导方法(Bootstrap Method,此方法存放在新增的BootstrapMethods属性中)、方法类型(MethodType)和名称。引导方法是有固定的参数,并且返回值是java.lang.invoke.CallSite对象,这个代表真正要执行的目标方法调用。根据CONSTANT_InvokeDynamic_info常量中提供的信息,虚拟机可以找到并且执行引导方法,从而获得一个CallSite对象,最终调用要执行的目标方法上。

换句话说就是在虚拟机内部加入了类似C的函数指针功能。从以上的例子中可以看出,目前lambda的代码块是按照匿名内部类的方式进行工作的,即:内部类+方法句柄,那么虚拟机工作的第一步是加载内部类,再调用对应方法,如果使用过于平频繁,那么内部类的new动作开销就比较大了。在invokedynamic指令的帮助下,可以直接调用lambda所对应的方法,而不用创建内部类,这样就避免了“内部类”所带来的加载等问题。目前从lambda的话题库来看是这么解释invokedynamic如何工作和优势的。

在lamdba项目的说明中已经明确表示,在预览版中将lamdba代码块编译成内部类的形式是暂时的。最终将采用invokedynamic指令来实现,即提升性能的部分最终是invokedynamic指令对函数接口的支持行能力来提升。

不过手痒,还是自己测了下速度,仅供参考:

Java代码



<span><span><span style="">public class LambdaTest {

lambdaInterface li1 = (String s)->{System.out.println(s);};

lambdaInterface li2 = new lambdaInterface(){

public void me(String s){

System.out.println(s);

}

};

public static void main(String... args) {

//这里原来有错误,已经纠正了。

LambdaTest lt = new LambdaTest();

long l1 = System.currentTimeMillis();

for (int i = 0; i < 1000; i++) {

lt.li1.me("21");

}

long l2 = System.currentTimeMillis();

for (int i = 0; i < 1000; i++) {

lt.li2.me("21");

}

long l3 = System.currentTimeMillis();

System.out.println(l2-l1);

System.out.println(l3-l2);

}

}</span></span></span>

运行参数设置-server,其余默认,运行结果为

200

172

这么看来似乎lambda语法编译编译的代码块略慢一些。不过考虑的到是预览版,lamdab或者说invokedynamic指令的实际性能估计得等到JDK1.8正式发布才能一窥究竟。

仅管性能方面还没进步,不过灵活的语法已经带来了很多便利,对于脚本语言来说更方便。另外在闭包的意义上来说也更加完美。总的来说Lamdba还是很值得期待的。

注:本文转载自:http://blog.csdn.net/u010827436/article/details/9333181
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