前言

在本文中，我們將探討一個重要的API，它是在Java7中引入的，并在以后的jdk版本中得到了增強，即java.lang.invoke.MethodHandles。

特別是，我們將學習什么是方法句柄（method handles），如何創(chuàng)建它們以及如何使用它們。

什么是方法句柄？

如API文件中所述，關于其定義：

方法句柄是對基礎方法、構造函數(shù)、字段或類似低級操作的類型化、直接可執(zhí)行的引用，具有參數(shù)或返回值的可選轉換。

更簡單地說，方法句柄是一種用于查找、調整和調用方法的低級機制。

方法句柄是不可變的，并且沒有可見的狀態(tài)。

要創(chuàng)建和使用MethodHandle，需要4個步驟：

• 創(chuàng)建lookup
• 創(chuàng)建method type
• 查找方法句柄
• 調用方法句柄

方法句柄與反射

引入方法句柄是為了與現(xiàn)有的java.lang.reflect API一起工作，因為它們具有不同的用途和不同的特性。

從性能角度來看，MethodHandles API可能比Reflection API快得多，因為訪問檢查是在創(chuàng)建時而不是在執(zhí)行時進行的。如果存在安全管理器，則這種差異會被放大，因為成員和類查找要接受額外的檢查。

然而，考慮到性能并不是任務的唯一適用性度量，我們還必須考慮到，由于缺乏成員類枚舉、可訪問性標志檢查等機制，MethodHandles API更難使用。

即便如此，MethodHandles API提供了柯里化方法、更改參數(shù)類型和更改其順序的可能性。

有了MethodHandles API的清晰定義和目標，我們現(xiàn)在可以從lookup開始使用它們。

創(chuàng)建Lookup

當我們想要創(chuàng)建方法句柄時，要做的第一件事是檢索查找Lookup，即負責為查找類可見的方法、構造函數(shù)和字段創(chuàng)建方法句柄的工廠對象。

通過MethodHandles API，可以創(chuàng)建具有不同訪問模式的查找對象。

讓我們創(chuàng)建一個提供對公共方法訪問的查找：

MethodHandles.Lookup publicLookup = MethodHandles.publicLookup();

然而，如果我們也想訪問私有和受保護的方法，我們可以使用lookup()方法：

MethodHandles.Lookup lookup = MethodHandles.lookup();

創(chuàng)建MethodType

為了能夠創(chuàng)建MethodHandle，查找對象需要其類型的定義，這是通過MethodType類實現(xiàn)的。

特別是，MethodType表示方法句柄接受和返回的參數(shù)和返回類型，或方法句柄調用程序傳遞和期望的參數(shù)和返回類型。

MethodType的結構很簡單，它由一個返回類型和適當數(shù)量的參數(shù)類型組成，這些參數(shù)類型必須在方法句柄及其所有調用方之間正確匹配。

與MethodHandle相同，即使是MethodType的實例也是不可變的。

讓我們看看如何定義一個MethodType，該MethodType將java.util.List類指定為返回類型，將Object數(shù)組指定為輸入類型：

MethodType mt = MethodType.methodType(List.class, Object[].class);

如果該方法返回基本類型或void作為其返回類型，我們將使用表示這些類型的類（void.class、int.class…）。

讓我們定義一個返回int值并接受Object的MethodType：

MethodType mt = MethodType.methodType(int.class, Object.class);

我們現(xiàn)在可以繼續(xù)創(chuàng)建MethodHandle。

找到方法句柄

一旦我們定義了方法類型，為了創(chuàng)建MethodHandle，我們必須通過lookup或publicLookup對象找到它，同時提供原始類和方法名稱。

特別是，查找工廠提供了一組方法，使我們能夠在考慮方法范圍的情況下以適當?shù)姆绞秸业椒椒ň浔?。從最簡單的場景開始，讓我們探究主要的場景。

方法的MethodHandle

使用findVirtual()方法可以為對象方法創(chuàng)建一個MethodHandle。讓我們根據(jù)String類的concat()方法創(chuàng)建一個：

MethodType mt = MethodType.methodType(String.class, String.class);
MethodHandle concatMH = publicLookup.findVirtual(String.class, "concat", mt);

靜態(tài)方法的方法句柄

當我們想要訪問靜態(tài)方法時，我們可以使用findStatic()方法：

MethodType mt = MethodType.methodType(List.class, Object[].class);

MethodHandle asListMH = publicLookup.findStatic(Arrays.class, "asList", mt);

在本例中，我們創(chuàng)建了一個方法句柄，用于將對象數(shù)組轉換為對象列表。

構造函數(shù)的方法句柄

可以使用findConstructor()方法訪問構造函數(shù)。

讓我們創(chuàng)建一個方法句柄，它充當Integer類的構造函數(shù)，接受String屬性：

MethodType mt = MethodType.methodType(void.class, String.class);

MethodHandle newIntegerMH = publicLookup.findConstructor(Integer.class, mt);

字段的方法句柄

使用方法句柄也可以訪問字段。

讓我們開始定義Book類：

public class Book {
    
    String id;
    String title;

    // constructor

}

先決條件是方法句柄和聲明的屬性之間具有直接訪問可見性，我們可以創(chuàng)建一個充當getter的方法句柄：

MethodHandle getTitleMH = lookup.findGetter(Book.class, "title", String.class);

有關處理變量/字段的更多信息，請參閱Java 9 Variable Handles：https://docs.oracle.com/en/java/javase/17/docs/api/java.base/...

私有方法的方法句柄

在java.lang.reflect API的幫助下，可以為私有方法創(chuàng)建方法句柄。

讓我們開始向Book類添加一個私有方法：

private String formatBook() {
    return id + " > " + title;
}

現(xiàn)在，我們可以創(chuàng)建一個與formatBook()方法完全相同的方法句柄：

Method formatBookMethod = Book.class.getDeclaredMethod("formatBook");
formatBookMethod.setAccessible(true);

MethodHandle formatBookMH = lookup.unreflect(formatBookMethod);

調用方法句柄

一旦我們創(chuàng)建了方法句柄，下一步就是使用它們。特別是，MethodHandle類提供了3種不同的方法來執(zhí)行方法句柄：invoke()、invokeWithAruments()和invokeExact()。

讓我們從invoke選項開始。

當使用invoke()方法時，我們強制要固定的參數(shù)數(shù)量，但我們允許執(zhí)行參數(shù)和返回類型的強制轉換和裝箱/取拆箱。

讓我們看看如何使用帶框參數(shù)的invoke（）：

MethodType mt = MethodType.methodType(String.class, char.class, char.class);
MethodHandle replaceMH = publicLookup.findVirtual(String.class, "replace", mt);

String output = (String) replaceMH.invoke("jovo", Character.valueOf('o'), 'a');

assertEquals("java", output);

在這種情況下，replaceMH需要char參數(shù)，但invoke（）在執(zhí)行之前會對Character參數(shù)執(zhí)行開箱操作。

使用參數(shù)調用

使用invokeWithArguments方法調用方法句柄是三個選項中限制最小的一個。

事實上，除了參數(shù)和返回類型的強制轉換和裝箱/取消裝箱外，它還允許變量arity調用。

在實踐中，這允許我們從一個int值數(shù)組開始創(chuàng)建一個Integer列表：

MethodType mt = MethodType.methodType(List.class, Object[].class);
MethodHandle asList = publicLookup.findStatic(Arrays.class, "asList", mt);

List<Integer> list = (List<Integer>) asList.invokeWithArguments(1,2);

assertThat(Arrays.asList(1,2), is(list));

調用Exact

如果我們想在執(zhí)行方法句柄的方式上更加嚴格（參數(shù)的數(shù)量及其類型），我們必須使用invokeExact（）方法。

事實上，它沒有為所提供的類提供任何類型轉換，并且需要固定數(shù)量的參數(shù)。

讓我們看看如何使用方法句柄對兩個int值求和：

MethodType mt = MethodType.methodType(int.class, int.class, int.class);
MethodHandle sumMH = lookup.findStatic(Integer.class, "sum", mt);

int sum = (int) sumMH.invokeExact(1, 11);

assertEquals(12, sum);

如果在這種情況下，我們決定向invokeExact方法傳遞一個不是int的數(shù)字，那么調用將導致WrongMethodTypeException。

使用數(shù)組

MethodHandles不僅用于字段或對象，還用于數(shù)組。事實上，使用asSpreader（）API，可以生成一個數(shù)組擴展方法句柄。

在這種情況下，方法句柄接受一個數(shù)組參數(shù)，將其元素擴展為位置參數(shù)，并可以選擇數(shù)組的長度。

讓我們看看如何擴展方法句柄來檢查數(shù)組中的元素是否相等：

MethodType mt = MethodType.methodType(boolean.class, Object.class);
MethodHandle equals = publicLookup.findVirtual(String.class, "equals", mt);

MethodHandle methodHandle = equals.asSpreader(Object[].class, 2);

assertTrue((boolean) methodHandle.invoke(new Object[] { "java", "java" }));

增強方法句柄

一旦我們定義了一個方法句柄，就可以通過將方法句柄綁定到一個參數(shù)來增強它，而無需實際調用它。

例如，在Java9中，這種行為用于優(yōu)化字符串連接。

讓我們看看如何執(zhí)行串聯(lián)，將后綴綁定到我們的concatMH：

MethodType mt = MethodType.methodType(String.class, String.class);
MethodHandle concatMH = publicLookup.findVirtual(String.class, "concat", mt);

MethodHandle bindedConcatMH = concatMH.bindTo("Hello ");

assertEquals("Hello World!", bindedConcatMH.invoke("World!"));

Java 9增強功能

在Java9中，對MethodHandles API進行了一些增強，目的是使其更易于使用。

這些增強影響了3個主要主題：

• 查找函數(shù)–允許從不同上下文中查找類，并支持接口中的非抽象方法
• 參數(shù)處理——改進參數(shù)折疊、參數(shù)收集和參數(shù)傳播功能
• 附加組合–添加循環(huán)（loop、whileLoop、doWhileLoop…），并通過tryFinally提供更好的異常處理支持

這些變化帶來了一些額外的好處：

• 增加JVM編譯器優(yōu)化
• 實例化減少
• 在使用MethodHandles API時啟用了精度

結論

在本文中，我們介紹了MethodHandles API、它們是什么以及如何使用它們。

我們還討論了它與反射API的關系，由于方法句柄允許低級別操作，因此最好避免使用它們，除非它們完全適合工作范圍。

以上就是Java MethodHandles介紹與反射對比區(qū)別詳解的詳細內容，更多關于Java MethodHandles對比反射的資料請關注腳本之家其它相關文章！

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