如何使用`MethodHandle`模仿`tableswitch`？

Question

上下文：我一直在对使用invokedynamic和手动生成字节码之间的差异进行基准测试（这是在决定面向 JVM 的编译器是应该发出更冗长的“传统”字节码还是只是invokedynamic使用巧妙的引导方法调用）的上下文中。在这样做时，将字节码映射到MethodHandles至少同样快的组合器是非常简单的，除了tableswitch.

问题：是否有模仿tableswitch使用的技巧MethodHandle？我试着用一个跳转表来模仿它：使用一个常量MethodHandle[]，用 索引到它arrayElementGetter，然后用 调用找到的句柄MethodHandles.invoker。然而，当我通过 JMH 运行它时，它最终比原始字节码慢了大约 50%。

下面是生成方法句柄的代码：

private static MethodHandle makeProductElement(Class<?> receiverClass, List<MethodHandle> getters) {
    MethodHandle[] boxedGetters = getters
        .stream()
        .map(getter -> getter.asType(getter.type().changeReturnType(java.lang.Object.class)))
        .toArray(MethodHandle[]::new);

    MethodHandle getGetter = MethodHandles      // (I)H
        .arrayElementGetter(MethodHandle[].class)
        .bindTo(boxedGetters);
    MethodHandle invokeGetter = MethodHandles.permuteArguments( // (RH)O
        MethodHandles.invoker(MethodType.methodType(java.lang.Object.class, receiverClass)),
        MethodType.methodType(java.lang.Object.class, receiverClass, MethodHandle.class),
        1,
        0
    );

    return MethodHandles.filterArguments(invokeGetter, 1, getGetter);
}

这是初始字节码（我试图用一个invokedynamic调用替换它）

  public java.lang.Object productElement(int);
    descriptor: (I)Ljava/lang/Object;
    flags: (0x0001) ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=3, locals=3, args_size=2
         0: iload_1
         1: istore_2
         2: iload_2
         3: tableswitch   { // 0 to 2
                       0: 28
                       1: 38
                       2: 45
                 default: 55
            }
        28: aload_0
        29: invokevirtual #62                 // Method i:()I
        32: invokestatic  #81                 // Method java/lang/Integer.valueOf:(I)Ljava/lang/Integer;
        35: goto          67
        38: aload_0
        39: invokevirtual #65                 // Method s:()Ljava/lang/String;
        42: goto          67
        45: aload_0
        46: invokevirtual #68                 // Method l:()J
        49: invokestatic  #85                 // Method java/lang/Long.valueOf:(J)Ljava/lang/Long;
        52: goto          67
        55: new           #87                 // class java/lang/IndexOutOfBoundsException
        58: dup
        59: iload_1
        60: invokestatic  #93                 // Method java/lang/Integer.toString:(I)Ljava/lang/String;
        63: invokespecial #96                 // Method java/lang/IndexOutOfBoundsException."<init>":(Ljava/lang/String;)V
        66: athrow
        67: areturn

Answer 1

好处invokedynamic是它允许推迟决定如何实施操作到实际运行时。这就是背后的技巧LambdaMetafactory或者StringConcatFactory可能会返回组合方法句柄，如示例代码或动态生成的代码，由特定的实现\xe2\x80\x99s自行决定。

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\xe2\x80\x99s 甚至可以采用组合方法，生成您组成操作的类，例如解决已经存在的LambdaMetafactory：

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private static MethodHandle makeProductElement(\n    MethodHandles.Lookup lookup, Class<?> receiverClass, List<MethodHandle> getters)\n    throws Throwable {\n\n    Function[] boxedGetters = new Function[getters.size()];\n    MethodType factory = MethodType.methodType(Function.class);\n    for(int ix = 0; ix < boxedGetters.length; ix++) {\n        MethodHandle mh = getters.get(ix);\n        MethodType actual = mh.type().wrap(), generic = actual.erase();\n        boxedGetters[ix] = (Function)LambdaMetafactory.metafactory(lookup,\n            "apply", factory, generic, mh, actual).getTarget().invokeExact();\n    }\n\n    Object switcher = new Object() {\n        final Object get(Object receiver, int index) {\n            return boxedGetters[index].apply(receiver);\n        }\n    };\n    return lookup.bind(switcher, "get",\n            MethodType.methodType(Object.class, Object.class, int.class))\n        .asType(MethodType.methodType(Object.class, receiverClass, int.class));\n}\n

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这使用为每个 getterLambdaMetafactory生成一个Function实例，类似于等效方法引用。Function然后，调用正确的\xe2\x80\x99s方法的实际类apply被实例化，并且其方法句柄get。

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这是与您的方法句柄类似的组合，但对于参考实现，不使用句柄，而是使用完全具体化的类。I\xe2\x80\x99d 希望组合句柄和此方法对于大量调用能够收敛到相同的性能，但物化类对于中等数量的调用具有领先优势。

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我添加了第一个参数MethodHandles.Lookup lookup，它应该是指令lookup的引导方法接收的对象invokedynamic。如果以这种方式使用，生成的函数可以像包含指令的代码一样访问所有方法invokedynamic，包括private该类的方法。

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或者，您可以自己生成一个包含真实 switch 指令的类。使用ASM 库，它可能看起来像：

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private static MethodHandle makeProductElement(\n    MethodHandles.Lookup lookup, Class<?> receiverClass, List<MethodHandle> getters)\n    throws ReflectiveOperationException {\n\n    ClassWriter cw = new ClassWriter(ClassWriter.COMPUTE_FRAMES);\n    cw.visit(V1_8, ACC_INTERFACE|ACC_ABSTRACT,\n        lookup.lookupClass().getName().replace(\'.\', \'/\')+"$Switch", null,\n        "java/lang/Object", null);\n    MethodType type = MethodType.methodType(Object.class, receiverClass, int.class);\n    MethodVisitor mv = cw.visitMethod(ACC_STATIC|ACC_PUBLIC, "get",\n        type.toMethodDescriptorString(), null, null);\n    mv.visitCode();\n\n    Label defaultCase = new Label();\n    Label[] cases = new Label[getters.size()];\n    for(int ix = 0; ix < cases.length; ix++) cases[ix] = new Label();\n\n    mv.visitVarInsn(ALOAD, 0);\n    mv.visitVarInsn(ILOAD, 1);\n    mv.visitTableSwitchInsn(0, cases.length - 1, defaultCase, cases);\n\n    String owner = receiverClass.getName().replace(\'.\', \'/\');\n\n    for(int ix = 0; ix < cases.length; ix++) {\n        mv.visitLabel(cases[ix]);\n        MethodHandle mh = getters.get(ix);\n        mv.visitMethodInsn(INVOKEVIRTUAL, owner, lookup.revealDirect(mh).getName(),\n            mh.type().dropParameterTypes(0, 1).toMethodDescriptorString(), false);\n        if(mh.type().returnType().isPrimitive()) {\n            Class<?> boxed = mh.type().wrap().returnType();\n            MethodType box = MethodType.methodType(boxed, mh.type().returnType());\n            mv.visitMethodInsn(INVOKESTATIC, boxed.getName().replace(\'.\', \'/\'),\n                "valueOf", box.toMethodDescriptorString(), false);\n        }\n        mv.visitInsn(ARETURN);\n    }\n    mv.visitLabel(defaultCase);\n    mv.visitTypeInsn(NEW, "java/lang/IndexOutOfBoundsException");\n    mv.visitInsn(DUP);\n    mv.visitVarInsn(ILOAD, 1);\n    mv.visitMethodInsn(INVOKESTATIC, "java/lang/String",\n        "valueOf", "(I)Ljava/lang/String;", false);\n    mv.visitMethodInsn(INVOKESPECIAL, "java/lang/IndexOutOfBoundsException",\n        "<init>", "(Ljava/lang/String;)V", false);\n    mv.visitInsn(ATHROW);\n    mv.visitMaxs(-1, -1);\n    mv.visitEnd();\n    cw.visitEnd();\n\n    lookup = lookup.defineHiddenClass(\n        cw.toByteArray(), true, MethodHandles.Lookup.ClassOption.NESTMATE);\n    return lookup.findStatic(lookup.lookupClass(), "get", type);\n}\n

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这会生成一个新类，其static方法包含tableswitch指令和调用（以及我们现在必须自己完成的装箱转换）。此外，它还具有创建和抛出越界值异常所需的代码。生成类后，它返回该static方法的句柄。

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