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：

先用Lambda表达式的方式来循环一下这个list：

运行时间大概为110ms

再用普通方式来循环一下这个list：

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：

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：

不使用Lambda表达式所对应的字节码指令如下：

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：

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：

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：

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：

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：

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。