什么是invokedynamic以及如何使用它？

Question

我一直听说有关添加到JVM的所有新酷功能,其中一个很酷的功能是invokedynamic.我想知道它是什么以及它如何使Java中的反射编程更容易或更好？

Answer 1

它是一个新的JVM指令,它允许编译器生成调用方法的代码,这些代码调用比以前更宽松的方法 - 如果你知道" duck typing "是什么,invokedynamic基本上允许鸭子输入.作为Java程序员可以用它做的事情并不多; 但是,如果您是工具创建者,则可以使用它来构建更灵活,更高效的基于JVM的语言.这是一个非常甜蜜的博客文章,提供了很多细节.

Answer 2

作为我的Java Records文章的一部分，我阐述了 Inoke Dynamic 背后的动机。让我们从 Indy 的粗略定义开始。

介绍印地

Invoke Dynamic（也称为Indy）是JSR 292 的一部分，旨在增强 JVM 对动态类型语言的支持。在 Java 7 中首次发布之后，invokedynamic操作码及其java.lang.invoke行李被基于动态 JVM 的语言（如 JRuby）广泛使用。

尽管 indy 专门设计用于增强动态语言支持，但它提供的远不止这些。事实上，它适用于语言设计者需要任何形式的动态性的任何地方，从动态类型的杂技到动态策略！

例如，Java 8 Lambda 表达式实际上是使用 实现的invokedynamic，尽管 Java 是一种静态类型语言！

用户可定义的字节码

很长一段时间，JVM 确实支持四种方法调用类型：invokestatic调用静态方法、invokeinterface调用接口方法、invokespecial调用构造函数super()或私有方法和invokevirtual调用实例方法。

尽管存在差异，但这些调用类型具有一个共同特征：我们无法用我们自己的逻辑来丰富它们。相反，invokedynamic 使我们能够以任何我们想要的方式引导调用过程。然后 JVM 负责直接调用 Bootstrapped 方法。

印地如何运作？

JVM 第一次看到一条invokedynamic指令时，它会调用一个特殊的静态方法，称为Bootstrap Method。bootstrap 方法是我们编写的一段 Java 代码，用于准备实际要调用的逻辑：

然后 bootstrap 方法返回 的一个实例java.lang.invoke.CallSite。这CallSite包含对实际方法的引用，即MethodHandle。

从现在开始，JVM 每次invokedynamic再次看到这条指令时，都会跳过慢路径，直接调用底层的可执行文件。除非发生某些变化，否则 JVM 会继续跳过慢速路径。

示例：Java 14 记录

Java 14Records提供了一种很好的紧凑语法来声明应该是哑数据持有者的类。

考虑这个简单的记录：

public record Range(int min, int max) {}

此示例的字节码类似于：

Compiled from "Range.java"
public java.lang.String toString();
    descriptor: ()Ljava/lang/String;
    flags: (0x0001) ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=1, locals=1, args_size=1
         0: aload_0
         1: invokedynamic #18,  0 // InvokeDynamic #0:toString:(LRange;)Ljava/lang/String;
         6: areturn

在其Bootstrap 方法表中：

BootstrapMethods:
  0: #41 REF_invokeStatic java/lang/runtime/ObjectMethods.bootstrap:
     (Ljava/lang/invoke/MethodHandles$Lookup;Ljava/lang/String;
     Ljava/lang/invoke/TypeDescriptor;Ljava/lang/Class;
     Ljava/lang/String;[Ljava/lang/invoke/MethodHandle;)Ljava/lang/Object;
    Method arguments:
      #8 Range
      #48 min;max
      #50 REF_getField Range.min:I
      #51 REF_getField Range.max:I

所以调用 Records的bootstrap方法，bootstrap它驻留在java.lang.runtime.ObjectMethods类中。如您所见，此引导方法需要以下参数：

• MethodHandles.Lookup表示查找上下文（Ljava/lang/invoke/MethodHandles$Lookup部分）的实例。
• 引导程序要链接的方法名称（即toString、equals、hashCode等）。例如，当值为 时toString，bootstrap 将返回一个ConstantCallSite（CallSite永远不会改变的），指向toString这个特定记录的实际实现。
• 所述TypeDescriptor的方法（Ljava/lang/invoke/TypeDescriptor 部分）。
• 一个类型标记，即Class<?>表示 Record 类的类型。这是 Class<Range>在这种情况下。
• 所有组件名称的分号分隔列表，即min;max.
• MethodHandle每个组件一个。这样，bootstrap 方法可以MethodHandle基于此特定方法实现的组件创建一个。

该invokedynamic指令将所有这些参数传递给 bootstrap 方法。反过来，Bootstrap 方法返回 的一个实例ConstantCallSite。这ConstantCallSite是对请求的方法实现的引用，例如toString。

为什么是印地？

与反射 API 相比，该java.lang.invokeAPI 非常高效，因为 JVM 可以完全查看所有调用。因此，JVM 可能会应用各种优化，只要我们尽可能避免慢速路径！

除了效率论点之外，该invokedynamic方法由于其简单性而更加可靠且不易损坏。

此外，为 Java Records 生成的字节码与属性的数量无关。因此，更少的字节码和更快的启动时间。

最后，让我们假设一个新版本的 Java 包括一个新的和更有效的引导方法实现。使用invokedynamic，我们的应用程序无需重新编译即可利用这一改进。这样我们就有了某种前向二进制兼容性。另外，这就是我们所说的动态策略！

其他例子

除了 Java 记录之外，动态调用还用于实现以下功能：

• Java 8+ 中的 Lambda 表达式： LambdaMetafactory
• Java 9+ 中的字符串连接： StringConcatFactory

Answer 3

前段时间,C#在C#中添加了一个很酷的功能,动态语法

Object obj = ...; // no static type available 
dynamic duck = obj;
duck.quack(); // or any method. no compiler checking.

将其视为反射方法调用的语法糖.它可以有非常有趣的应用程序.请参阅http://www.infoq.com/presentations/Statically-Dynamic-Typing-Neal-Gafter

负责C#动态类型的Neal Gafter刚刚从SUN叛逃到MS.因此,认为在SUN内部讨论过相同的事情并不是不合理的.

我记得不久之后,一些Java家伙宣布了类似的东西

InvokeDynamic duck = obj;
duck.quack(); 

不幸的是,该功能无法在Java 7中找到.非常失望.对于Java程序员来说,他们没有简单的方法来利用invokedynamic他们的程序.

Answer 4

在继续调用动态之前，有两个概念需要理解。

1. 静态与动态类型

静态- 在编译时执行类型检查（例如 Java）

动态- 在运行时执行类型检查（例如 JavaScript）

类型检查是验证程序类型安全的过程，即检查类和实例变量、方法参数、返回值和其他变量的类型信息。例如，Java 在编译时知道 int、String、..，而 JavaScript 中的对象类型只能在运行时确定

2. 强打字与弱打字

强- 指定对其操作（例如 Java）提供的值类型的限制

弱- 如果操作的参数具有不兼容的类型（例如 Visual Basic），则转换（强制转换）这些参数

知道 Java 是静态和弱类型的，如何在 JVM 上实现动态和强类型的语言？

invokedynamic 实现了一个运行时系统，该系统可以在程序编译后选择最合适的方法或函数实现。

示例： 具有 (a + b) 并且在编译时对变量 a,b 一无所知，invokedynamic 会在运行时将此操作映射到 Java 中最合适的方法。例如，如果结果 a,b 是字符串，则调用 method(String a, String b)。如果结果 a,b 是整数，则调用 method(int a, int b)。

invokedynamic 是在 Java 7 中引入的。