11.7　方法句柄

11.7　方法句柄

Java 7 引入了全新的内省和方法访问机制。这种机制原本是为动态语言设计的，运行时可能需要加入方法调度决策机制。为了在 JVM 层支持这个机制，Java 引入了一个新字节码——invokedynamic。Java 7 并没有使用这个字节码，在 Java 8 中才大量用于 lambda 表达式和 Nashorn JavaScript 引擎中。

即便没有 invokedynamic，新方法句柄 API 的功能在很多方面也和反射 API 差不多，而且用起来更简洁，提出的概念更简单，就算单独使用也没问题。方法句柄可以理解成安全且现代化的反射。

11.7.1　`MethodType`对象

在反射 API 中，方法签名使用 Class[] 表示，这样处理起来很麻烦。而方法句柄 API 则使用 MethodType 对象表示。使用这种方式表示方法的类型签名更安全，而且更符合面向对象思想。

MethodType 对象包含返回值的类型和参数类型，但没有接收者的类型或方法的名称。因为没有方法的名称，所以具有正确签名的方法可以绑定到任何名称上（参照 lambda 表达式的函数式接口行为）。

方法的类型签名通过工厂方法 MethodType.methodType() 获取，是 MethodType 类的实例，而且不可变。例如：

MethodType m2Str = MethodType.methodType(String.class); // toString()
// Integer.parseInt()
MethodType mtParseInt =
  MethodType.methodType(Integer.class, String.class);
// ClassLoader类中的defineClass()方法
MethodType mtdefClz = MethodType.methodType(Class.class, String.class,
                                            byte[].class, int.class,
                                            int.class);

虽然获取 MethodType 对象的方式看起来让人困惑，但获得的效果比反射 API 好，因为表示和讨论方法签名都更容易。下一步是通过一个查找过程，获取方法的句柄。

11.7.2　方法查找

方法查找查询在定义方法的类中执行，而且结果取决于执行查询的上下文。从下述示例可以看出，在一般的上下文中试图查找受保护的 Class::defineClass() 方法会失败，抛出 IllegalAccessException 异常，因为无法访问这个受保护的方法：

public static void lookupDefineClass(Lookup l) {
  MethodType mt = MethodType.methodType(Class.class, String.class,
                                        byte[].class, int.class,
                                        int.class);
  try {
    MethodHandle mh =
      l.findVirtual(ClassLoader.class, "defineClass", mt);
    System.out.println(mh);
  } catch (NoSuchMethodException | IllegalAccessException e) {
    e.printStackTrace();
  }
}
Lookup l = MethodHandles.lookup();
lookupDefineClass(l);

我们一定要调用 MethodHandles.lookup() 方法，基于当前执行的方法获取上下文 Lookup 对象。

在 Lookup 对象上可以调用几个方法（方法名都以 find 开头），查找需要的方法，包括 findVirtual()、findConstructor() 和 findStatic()。

反射 API 和方法句柄 API 之间一个重大的区别是处理访问控制的方式。Lookup 对象只会返回在创建这个对象的上下文中可以访问的方法——没有任何方式能破坏这个规则（不像反射 API 可以使用 setAccessible() 方法调整访问控制）。

因此，方法句柄始终会遵守安全规则，而使用反射 API 的等效代码可能做不到这一点。方法句柄会在构建查找上下文时检查访问权限，所以不会为没有正确访问权限的方法创建句柄。

Lookup 对象或从中获取的方法句柄，可以返回给其他上下文，包括不再能访问该方法的上下文。在这种情况下，句柄依然是可以执行的，因为访问控制在查询时检查。这一点从下面的示例可以看出：

public class SneakyLoader extends ClassLoader {
  public SneakyLoader() {
    super(SneakyLoader.class.getClassLoader());
  }
  public Lookup getLookup() {
    return MethodHandles.lookup();
  }
}
SneakyLoader snLdr = new SneakyLoader();
l = snLdr.getLookup();
lookupDefineClass(l);

通过 Lookup 对象可以为任何能访问的方法生成方法句柄，还能访问方法无法访问的字段。在 Lookup 对象上调用 findGetter() 和 findSetter() 方法，分别可以生成读取字段和更新字段的方法句柄。

11.7.3　调用方法句柄

方法句柄表示调用方法的能力。方法句柄对象是强类型的，会尽量保证类型安全。方法句柄都是 java.lang.invoke.MethodHandle 类的子类实例，JVM 会使用特殊的方式处理这个类。

调用方法句柄有两种方式——使用 invoke() 方法或 invokeExact() 方法。这两个方法的参数都是接收者和调用参数。invokeExact() 方法尝试直接调用方法句柄，而 invoke() 方法在需要时会修改调用参数。

一般来说，invoke() 方法会调用 asType() 方法转换参数。转换的规则如下。

如果需要，打包基本类型的参数。
如果需要，拆包打包好的基本类型参数。
如果需要，放大转换基本类型的参数。
会把 void 返回类型修改为 0 或 null，具体是哪个取决于期待的返回值是基本类型还是引用类型。
不管静态类型是什么，都能传入 null。

考虑到可能会执行这些转换，所以要像下面这样调用方法句柄：

Object rcvr = "a";
try {
  MethodType mt = MethodType.methodType(int.class);
  MethodHandles.Lookup l = MethodHandles.lookup();
  MethodHandle mh = l.findVirtual(rcvr.getClass(), "hashCode", mt);
  int ret;
  try {
    ret = (int)mh.invoke(rcvr);
    System.out.println(ret);
  } catch (Throwable t) {
    t.printStackTrace();
  }
} catch (IllegalArgumentException |
  NoSuchMethodException | SecurityException e) {
  e.printStackTrace();
} catch (IllegalAccessException x) {
  x.printStackTrace();
}

方法句柄提供的动态编程功能和反射一样，但处理方式更清晰明了。而且，方法句柄能在 JVM 的低层执行模型中很好地运转，因此，性能比反射好得多。

11.7 方法句柄