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方法句柄 - 它到底是什么？

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我正在学习JDK 1.7的新特性，但是我不明白MethodHandle的设计目的是什么？我理解（直接）调用静态方法（并使用Core Reflection API，在这种情况下很简单）。我也理解（直接）调用虚拟方法（非静态、非final）（并使用Core Reflection API，需要通过类的层次结构obj.getClass().getSuperclass()）。调用非虚拟方法可以被视为前者的特殊情况。
是的，我知道有一个重载问题。如果要调用方法，必须提供精确的签名。你不能轻松地检查重载的方法。
但是，MethodHandle是什么？反射API允许您“查看”对象内部而不做任何假设（如实现接口）。您可以检查对象以达到某种目的。但是MethodHandle是为什么设计的？我应该在什么时候使用它？

更新：我现在正在阅读http://blog.headius.com/2008/09/first-taste-of-invokedynamic.html这篇文章。根据它的说法，主要目标是简化运行在JVM之上的脚本语言的生活，而不是针对Java语言本身。

更新-2：我已经完成阅读上面的链接，以下是一些引用：

“JVM将成为构建动态语言的最佳虚拟机，因为它已经是一种动态语言虚拟机。InvokeDynamic通过将动态语言提升为一流的JVM公民，将证明这一点。”使用反射调用方法效果很好...除了一些问题。方法对象必须从特定类型中检索，并且无法以通用方式创建。......反射调用比直接调用要慢得多。多年来，JVM在使反射调用变快方面做得非常好。现代JVM实际上会在幕后生成大量代码，以避免旧JVM处理的许多开销。但简单的事实是，通过任意数量的层进行反射访问始终比直接调用要慢，部分原因是完全泛型化的“invoke”方法必须检查和重新检查接收器类型、参数类型、可见性和其他详细信息，还因为参数必须全部作为对象提供（因此基元类型被装箱为对象），并且必须作为数组提供以涵盖所有可能的元数（因此参数被装箱为数组）。性能差异对于执行少量反射调用的库可能并不重要，特别是如果这些调用主要是为了动态设置静态内存结构，以便可以对其进行正常调用。但是在动态语言中，每个调用都必须使用这些机制，这对性能造成了严重影响。”

http://blog.headius.com/2008/09/first-taste-of-invokedynamic.html

因此，对于Java程序员来说，它基本上是无用的。我是正确的吗？从这个角度来看，它只能被认为是核心反射API的替代方式。

更新-2020年：实际上，MethodHandle可以被认为是核心反射API的更强大的替代方案。从JDK 8开始，还有使用它的Java语言功能。

不，绝对不是这样的。那篇文章已经超过3年了。许多框架开发人员正在密切关注MH和invokedynamic，并寻找使用它们来帮助开发人员的方法。 - kittylyst
你能提供这样一个使用的例子吗？使用 MethodHandle 可以做什么，而 Core Reflection API 不可能做到呢？ - alexsmail
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例如，与安全管理器交互。在安全管理器下，setAccessible（）会让你死亡，而Lookup机制是完全安全的。Lookup还允许您在可以看到它的上下文中创建MH，然后将引用传递给非特权上下文。 - kittylyst
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实际上，我从未遇到过使用 setAccessible() 函数的问题。理论上，我可以使用 AccessController.doPrivileged(new PrivilegedAction()) 的惯用语法。 - alexsmail
也许看一下 https://en.cppreference.com/w/cpp/utility/functional/function 会有所帮助。 - Martin Meeser
4个回答
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您可以使用MethodHandles来进行函数柯里化、更改参数类型和顺序。

MethodHandles能够处理方法和字段。

MethodHandles的另一个技巧是直接使用基本类型，而不是通过包装器间接使用。

由于JVM中有更多的直接支持，MethodHandles比使用反射更快，例如他们可以被内联。它使用了新的invokedynamic指令。

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此外，在调用时，方法句柄的堆栈跟踪比反射更好。不过，缺点是您无法通过反射调用方法句柄（但可以反过来）。 - mihi
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MethodHandle 不使用 invokedynamic 指令。但是另一方面，invokedynamic 指令严重依赖于 MethodHandle。 - Holger
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@Peter 你说的“Another trick which MethodHandles do is use primitive direct (rather than via wrappers)”是什么意思？ - Geek
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如果你使用一个方法，它将包装参数和返回值。例如，在 double method(double d) { return d; } 上调用它至少会创建两个对象。但是在使用 MethodHandles 时，它足够智能，可以在调用时去除包装参数或返回值的必要性，尽管从概念上讲它接受一个 Object... 并返回一个 Object。 - Peter Lawrey
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这是因为它不使用invokedynamic，而是使用专门为此创建的invokepolymorphic。如果您查看字节码，您会发现invokedynamic不仅存储原始的被忽略的签名，还存储您调用它时使用的签名。 - kb1000
实际上，在字节码中看起来有一个名为double MethodHandle.invokeExact(double)的方法。 - Johannes Kuhn
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把MethodHandle看作是一种现代、更灵活、更类型安全的反射方式。

它目前处于生命周期的早期阶段，但随着时间的推移，它有潜力被优化，变得比反射更快——甚至可以变得像常规方法调用一样快。

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Java的基本哲学是不仅提供一种可能的方法给Java程序员。我知道在JDK 1.5中引入了一些功能，但这些功能对Java程序员非常有用（好吧，我知道其中一些是有争议的），但是就我目前所看到的，MethodHandle功能对于普通的Java开发人员来说并不实用。 - alexsmail
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java.lang.reflect.Method相对缓慢且在内存方面开销较大。方法句柄被认为是一种“轻量级”方式，用于传递指向JVM有机会优化的函数的指针。截至JDK8，方法句柄并未得到很好的优化，而Lambda表达式可能最初是基于类（如内部类）实现的。

@tackline，我知道java.lang.reflect.Method相对较慢。我也看到一些统计数据表明MehodHandle并不是那么快。所以，主要原因是性能吗？Lambda在Java中是做什么的？Lambda演算是一种完全不同的编程方法... - alexsmail
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自从我提出这个问题已经过去将近9年了。JDK 14是最后一个大量使用MethodHandle的稳定版本... 我写了一系列关于invokedynamic的文章，链接在这里：https://alex-ber.medium.com/explaining-invokedynamic-introduction-part-i-1079de618512。下面摘录了其中相关的部分。
MethodHandle可以被认为是Core Reflection API更加强大的替代品。MethodHandle是一个对象，它存储有关方法（构造函数、字段或类似的低级操作）的元数据，例如方法的名称、方法签名等。对它的一种看法是指向方法的指针的目标（解引用的方法（构造函数、字段或类似的低级操作））。
Java代码可以创建一个直接访问任何方法、构造函数或字段的方法句柄，只要该代码可访问这些内容。这是通过称为MethodHandles.Lookup的反射性、基于能力的API完成的。例如，可以从Lookup.findStatic获取静态方法句柄。还有从核心反射API对象进行转换的方法，如Lookup.unreflect。
重要的是要理解Core Reflection API和MethodHandle之间的两个关键差异。
1. 使用MethodHandle，在构建时仅进行一次访问检查；而使用Core Reflection API，在每次调用invoke方法时都要进行访问检查（并且每次都会调用Securty Manager，降低性能）。
2. Core Reflection API的invoke方法是常规方法。在MethodHandle中，所有invoke*变体都是签名多态方法。
基本上，访问检查意味着您是否可以访问方法（构造函数、字段或类似的低级操作）。例如，如果该方法（构造函数、字段或类似的低级操作）是私有的，通常无法调用它（从字段获取值）。
与Reflection API相反，JVM可以完全透明地看到MethodHandles并尝试对其进行优化，因此具有更好的性能。
注意：使用MethodHandle还可以生成实现逻辑。有关详细信息，请参见 Dynamical hashCode implementation. Part V。https://alex-ber.medium.com/explaining-invokedynamic-dynamical-hashcode-implementation-part-v-16eb318fcd47。
在MethodHandle中，所有的invoke*变量都是签名多态方法。MethodHandle.invokeWithArguments（两个重载）是普通方法。 - Johannes Kuhn
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