java8新特性Lambda表达式为什么运行效率低
Lambda表达式为什么运行效率低
准备
我为什么说Lambda表达式运行效率低。
先准备一个list：
List<Integer> list = new ArrayList<>();
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
list.add(i);
}
先用Lambda表达式的方式来循环一下这个list：
long lambdaStart = System.currentTimeMillis();
list.forEach(i -> {
// 不用做事情，循环就够了
});
long lambdaEnd = System.currentTimeMillis();
System.out.println("lambda循环运行毫秒数===" + (lambdaEnd - lambdaStart));
运行时间大概为110ms
再用普通方式来循环一下这个list：
long normalStart = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
list.get(i);
}
long normalEnd = System.currentTimeMillis();
System.out.println("普通循环运行毫秒数===" + (normalEnd - normalStart));
运行时间大概为0ms或1ms
你们没看错，运行时间差别就是这么大，不相信的话大家可以自己去试一下，并且这并不是只有在循环时使用Lambda表达式才会导致运行效率低，而是Lambda表达式在运行时就是会需要额外的时间，我们继续来分析。
分析
如果我们要研究Lambda表达式，最正确、最直接的方法就是查看它所对应的字节码指令。
使用以下命令查看class文件对应的字节码指令：
javap -v -p Test.class
上述命令解析出来的指令非常多，我这里提取比较重要的部分来给大家分析：
使用Lambda表达式所对应的字节码指令如下：
34: invokestatic #6 // Method java/lang/System.currentTimeMillis:()J
37: lstore_2
38: aload_1
39: invokedynamic #7, 0 // InvokeDynamic #0:accept:()Ljava/util/function/Consumer;
44: invokeinterface #8, 2 // InterfaceMethod java/util/List.forEach:(Ljava/util/function/Consumer;)V
49: invokestatic #6 // Method java/lang/System.currentTimeMillis:()J
不使用Lambda表达式所对应的字节码指令如下：
82: invokestatic #6 // Method java/lang/System.currentTimeMillis:()J
85: lstore 6
87: iconst_0
88: istore 8
90: iload 8
92: aload_1
93: invokeinterface #17, 1 // InterfaceMethod java/util/List.size:()I
98: if_icmpge 107
101: iinc 8, 1
104: goto 90
107: invokestatic #6 // Method java/lang/System.currentTimeMillis:()J
从上面两种方式所对应的字节码指令可以看出，两种方式的执行方式确实不太一样。
不使用Lambda表达式执行循环流程
字节码指令执行步骤：
- 82:invokestatic： 执行静态方法，java/lang/System.currentTimeMillis:();
- 85-92: 简单来说就是初始化数据，int i = 0;
- 93:invokeinterface：执行接口方法，接口为List，所以真正执行的是就是ArrayList.size方法;
- 98:if_icmpge： 比较，相当于执行i < list.size();
- 101:iinc： i++;
- 104:goto： 进行下一次循环;
- 107:invokestatic： 执行静态方法;
那么这个流程大家应该问题不大，是一个很正常的循环逻辑。
使用Lambda表达式执行循环流程
我们再来看一下对应的字节码指令：
34: invokestatic #6 // Method java/lang/System.currentTimeMillis:()J
37: lstore_2
38: aload_1
39: invokedynamic #7, 0 // InvokeDynamic #0:accept:()Ljava/util/function/Consumer;
44: invokeinterface #8, 2 // InterfaceMethod java/util/List.forEach:(Ljava/util/function/Consumer;)V
49: invokestatic #6 // Method java/lang/System.currentTimeMillis:()J
字节码指令执行步骤：
- 34: invokestatic： 执行静态方法，java/lang/System.currentTimeMillis:();
- 37-38： 初始化数据
- 39: invokedynamic： 这是在干什么？
- 44: invokeinterface： 执行java/util/List.forEach()方法
- 49: invokestatic： 执行静态方法，java/lang/System.currentTimeMillis:();
和上面正常循环的方式的字节码指令不太一样，我们认真的看一下这个字节码指令，这个流程并不像是一个循环的流程，而是一个方法顺序执行的流程：
- 先初始化一些数据
- 执行invokedynamic指令（暂时这个指令是做什么的）
- 然后执行java/util/List.forEach()方法，所以真正的循环逻辑在这里
所以我们可以发现，使用Lambda表达式循环时，在循环前会做一些其他事情，所以导致执行时间要更长一点。
那么invokedynamic指令到底做了什么事情呢？
java/util/List.forEach方法接收一个参数Consumer<? super T> action，Consumer是一个接口，所以如果要调用这个方法，就要传递该接口类型的对象。
而我们在代码里实际上是传递的一个Lambda表达式，那么我们这里可以假设：需要将Lambda表达式转换成对象，且该对象的类型需要根据该Lambda表达式所使用的地方在编译时期进行反推。
这里在解释一下反推：一个Lambda表达式是可以被多个方法使用的，而且这个方法所接收的参数类型，也就是函数式接口，是可以不一样的，只要函数式接口符合该Lambda表达式的定义即可。
本例中，编译器在编译时可以反推出，Lambda表达式对应一个Cosumer接口类型的对象。
那么如果要将Lambda表达式转换成一个对象，就需要有一个类实现Consumer接口。
所以，现在的问题就是这个类是什么时候生成的，并且生成在哪里了？
所以，我们慢慢的应该能够想到，invokedynamic指令，它是不是就是先将Lambda表达式转换成某个类，然后生成一个实例以便提供给forEach方法调用呢？
我们回头再看一下invokedynamic指令：
invokedynamic #7, 0 // InvokeDynamic #0:accept:()Ljava/util/function/Consumer;
Java中调用函数有四大指令：invokevirtual、invokespecial、invokestatic、invokeinterface，在JSR 292 添加了一个新的指令invokedynamic，这个指令表示执行动态语言，也就是Lambda表达式。
该指令注释中的#0表示的是BootstrapMethods中的第0个方法：
BootstrapMethods:
0: #60 invokestatic java/lang/invoke/LambdaMetafactory.metafactory:(Ljava/lang/invoke/MethodHandles$Lookup;Ljava/lang/String;Ljava/lang/invoke/MethodType;Ljava/lang/invoke/MethodType;Ljava/lang/invoke/MethodHandle;Ljava/lang/invoke/MethodType;)Ljava/lang/invoke/CallSite;
Method arguments:
#61 (Ljava/lang/Object;)V
#62 invokestatic com/luban/Test.lambda$main$0:(Ljava/lang/Integer;)V
#63 (Ljava/lang/Integer;)V
所以invokedynamic执行时，实际上就是执行BootstrapMethods中的方法，比如本例中的：java/lang/invoke/LambdaMetafactory.metafactory。
代码如下：
public static CallSite metafactory(MethodHandles.Lookup caller,
String invokedName,
MethodType invokedType,
MethodType samMethodType,
MethodHandle implMethod,
MethodType instantiatedMethodType)
throws LambdaConversionException {
AbstractValidatingLambdaMetafactory mf;
mf = new InnerClassLambdaMetafactory(caller, invokedType,
invokedName, samMethodType,
implMethod, instantiatedMethodType,
false, EMPTY_CLASS_ARRAY, EMPTY_MT_ARRAY);
mf.validateMetafactoryArgs();
return mf.buildCallSite();
}
这个方法中用到了一个特别明显且易懂的类：InnerClassLambdaMetafactory。
这个类是一个针对Lambda表达式生成内部类的工厂类。当调用buildCallSite方法是会生成一个内部类并且生成该类的一个实例。
那么现在要生成一个内部类，需要一些什么条件呢：
- 类名：可按一些规则生成
- 类需要实现的接口：编译时就已知了，本例中就是Consumer接口
- 实现接口里面的方法：本例中就是Consumer接口的
void accept(T t)方法。
那么内部类该怎么实现void accept(T t)方法呢？
我们再来看一下javap -v -p Test.class的结果中除开我们自己实现的方法外还多了一个方法：
private static void lambda$main$0(java.lang.Integer);
descriptor: (Ljava/lang/Integer;)V
flags: ACC_PRIVATE, ACC_STATIC, ACC_SYNTHETIC
Code:
stack=0, locals=1, args_size=1
0: return
LineNumberTable:
line 25: 0
LocalVariableTable:
Start Length Slot Name Signature
0 1 0 i Ljava/lang/Integer;
很明显，这个静态的lambda$main$0方法代表的就是我们写的Lambda表达式，只是因为我们例子中Lambda表达式没写什么逻辑，所以这段字节码指令Code部分也没有什么内容。
那么，我们现在在实现内部类中的void accept(T t)方法时，只要调用一个这个lambda$main$0静态方法即可。
所以到此，一个内部类就可以被正常的实现出来了，内部类有了之后，Lambda表达式就是可以被转换成这个内部类的对象，就可以进行循环了。
