λ表達式之爭：Scala vs Java8

本文由 ImportNew - paddx 翻譯自 javacodegeeks。 

最近幾年Lambda表達式風靡于編程界。很多現代編程語言都把它作為函數式編程的基本組成部分。基于JVM的編程語言如Scala、Groovy及Clojure把它作為關鍵部分集成在語言中。而如今，（最終）Java 8也加入了這個有趣的行列。

Lambda表達式最有意思的地方在于，在JVM的角度來看它是完全不可見的。在JVM中沒有匿名函數或Lambda表達式的概念。JVM唯一知道是字節碼。字節碼是一個嚴格的OO規范。由語言的創造者和編譯者通過這些限制來創建新的、高級的語言元素。

我們第一次遇到Lambda表達式是需要在Takipi中增加對Scala的支持，所以不得不深入了解Scala的編譯器。而這時Java 8也正處在關鍵時刻。我猜想Scala和Java編譯器對Lambda表達式的實現肯定會非常有趣。結果讓我極為驚訝。

為了演示這些內容，我寫了一個簡單的Lambda表達式，功能是將一個字符串列表轉換為它們長度的列表。

Java：

List names = Arrays.asList("1", "2", "3");
Stream lengths = names.stream().map(name -> name.length());

Scala：

val names = List("1", "2", "3")
val lengths = names.map(name => name.length)

不要被它表面的簡單所迷惑，后面執行了相當復雜的過程。

我們從Scala開始

代碼

我使用 javap 來查看通過Scala編譯器生成的.class文件的字節碼的內容。讓我們看一下字節碼的結果（這才是JVM真正執行的內容）。

//將變量名加載到棧中（JVM視為變量#2），先保存在這，之后會在map函數中用到
aload_2

接下來的事情就變得更有趣了，一個由編譯器生成的synthetic的實例創建并初始化（譯者注：Synthetic類是指由JVM運行時生成的類）。非常有意思的是，Lambda作為整個方法的一部分來定義的，但它實際上完全存在于我們類的外部。

new myLambdas/Lambda1$$anonfun$1 //實例化Lambda對象
dup //把它加入棧中
//最后，調用構造函數.記住，這是源自JVM的一個簡單對象
invokespecial myLambdas/Lambda1$$anonfun$1/()V
//這個兩行加載immutable.List CanBuildFrom工廠，該工廠能生成新的list。工廠模式是Scala的集合架構的一部分。
getstatic scala/collection/immutable/List$/MODULE$
Lscala/collection/immutable/List$;
invokevirtual scala/collection/immutable/List$/canBuildFrom()
Lscala/collection/generic/CanBuildFrom;

//現在，棧上已經有了Lambda對象及工廠，下一階段就可以調用map函數。
//你應該還記得，我們在一開始的時候將名稱變量加載到了棧中。我們現在可以用它來實現map方法的調用了。
//map方法接受一個Lambda對象和一個工廠，生成一個長度的list。
invokevirtual scala/collection/immutable/List/map(Lscala/Function1;
Lscala/collection/generic/CanBuildFrom;)Ljava/lang/Object;</pre> 
但是請稍等，Lambda對象內部做了什么事情？ 

Lambda對象 

Lambda類來繼承自scala.runtime.AbstractFunction1。通過這種方式，map() 函數可以多態調用重寫后的 apply() 方法，apply()代碼如下： 

//這段代碼是加載this及目標對象，檢測它是不是一個字符串，然后調用另一個重載后的、真正工作的apply方法，最后包裝返回結果
aload_0//加載this
aload_1//加載字符串參數
checkcast java/lang/String//確保是一個字符串 - 得到一個Object

// 調用synthetic類的apply()方法
invokevirtual myLambdas/Lambda1$$anonfun$1/apply(Ljava/lang/String;)I
//包裝結果
invokestatic scala/runtime/BoxesRunTime/boxToInteger(I)Ljava/lang/Integer
areturn</pre> 
真正的執行.length() 操作的代碼嵌套在另個一apply方法中，該方法正如我們期望的一樣，簡單的返回了字符串的長度。 

唷……，走了好長的一段路才到這。 

aload_1
invokevirtual java/lang/String/length()I
ireturn
 
我們在上面只是寫了一行簡單的代碼，但是卻產生了許多的字節碼，包括一個額外的類和一堆方法。但是，這絕不是在勸阻我們不要用Lambda（我們是在Scala中寫代碼，而不是C）。這僅僅是為了展示這種結構后面的復雜性。 

我相當期待Java 8也是用這種方式實現的，但是令人驚訝的時，java采取了完全不同的方式。 

Java 8：一種新的方式 

Java 8產生的字節碼比較短，但是還有更令人驚訝的東西。它剛開始簡單的加載了名稱變量，然后調用 stream() 方法，但是接下做了一些非常好的優化。它沒有創建一個新的對象來包裝Lambda函數，而是使用了新的 invokeDynamic 指令，該指令是Java 7時增加的，這個地方的用于調用真實的Lambda函數。 

aload_1 // 加載名稱變量
//調用stream()方法
invokeinterface java/util/List.stream:()Ljava/util/stream/Stream;
//invokeDynamic指令魔法！
invokedynamic #0:apply:()Ljava/util/function/Function;
//調用map()方法
invokeinterface java/util/stream/Stream.map:
(Ljava/util/function/Function;)Ljava/util/stream/Stream;
 
InvokeDynamic魔法：這條JVM指令在Java 7中增加，用于減少JVM的限制，允許動態語言在運行時綁定符號。而在這之前，所有的鏈接都是靜態的，在代碼編譯的時候就由JVM完成。 

動態鏈接：如果你看過invokedynamic指令，你會發現沒有引用指向真正的Lambda函數（即lambda$0）。答案歸結于invokedynamic指令的設計，但是更簡短的答案是Lambda表達式的簽名，就我們的例子來說是 

//一個名為lamda$0的函數，獲取一個字符串，返回一個整數
lambdas/Lambda1.lambda$0:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/Integer;
 
存儲在.class的一個單獨的表中，該表作為#0參數傳遞給指令。這個新的表確實改變了字節碼規范的結構，這是多年之后的第一次改變，這同樣需要采取Takipi的錯誤分析引擎。 

Lambda代碼 

這段代碼是真正的Lambda表達式。非常容易，簡單地加載字符串參數，調用length()方法并包裝成結果。請注意，它是編譯成了一個靜態函數，避免像之前看到的Scala一樣，傳入額外的this對象。 

aload_0
invokevirtual java/lang/String.length:()
invokestatic java/lang/Integer.valueOf:(I)Ljava/lang/Integer;
areturn
 
這是invokedynamic方式的另一個優點，它允許我們通過多態的方式來調用 map() 函數，且不需要包裝對象或調用虛擬的的重寫方法。非常酷！ 

總結 

Java看起非常具有吸引力，最“嚴格”的現代語言現在開始使用動態鏈接來增加Lambda表達式的功能。該方式也是非常有效的一種方式，不需要加載和編譯額外的類，Lambda方法只是我們類中一個簡單的私有方法。 

Java 8確實對Java 7引入的新的技術做了很多優化，使用了非常直接的方式實現了對Lambda表達式的支持。非常高興能看到像Java這樣“端莊”的女士能教我們一些戲法。 
原文鏈接： javacodegeeks 翻譯： ImportNew.com - paddx 

譯文鏈接： http://www.importnew.com/16020.html