java8特性lambda基本原理及性能分析

原文：http://www.ccblog.cn/85.htm

 

Java8发布，Lambda表达式作为一项重要的特性随之而来。或许现在你已经在使用Lambda表达式来书写简洁灵活的代码。

Lambda 表达式是一种匿名函数(对 Java 而言这并不完全正确，但现在姑且这么认为)，

简单地说，它是没有声明的方法，也即没有访问修饰符、返回值声明和名字。

你可以将其想做一种速记，在你需要使用某个方法的地方写上它。当某个方法只使用一次，而且定义很简短，使用这种速记替代之尤其有效，这样，你就不必在类中费力写声明与方法了。

 

函数式接口

 

函数式接口（functional interface）。简单来说，函数式接口是只包含一个方法的接口。比如Java标准库中的java.lang.Runnable和java.util.Comparator都是典型的函数式接口。

java 8提供 @FunctionalInterface作为注解,这个注解是非必须的，只要接口符合函数式接口的标准（即只包含一个方法的接口），

虚拟机会自动判断，但 最好在接口上使用注解@FunctionalInterface进行声明，以免团队的其他人员错误地往接口中添加新的方法。 

Java中的lambda无法单独出现，它需要一个函数式接口来盛放，lambda表达式方法体其实就是函数接口的实现，

 

Lambda语法

 

包含三个部分

 

一个括号内用逗号分隔的形式参数，参数是函数式接口里面方法的参数

一个箭头符号：->

方法体，可以是表达式和代码块，方法体函数式接口里面方法的实现，如果是代码块，则必须用{}来包裹起来，且需要一个return 返回值，但有个例外，若函数式接口里面方法返回值是void，则无需{}

 

(parameters) -> expression 或者 (parameters) -> { statements; }

 

 

我们看个线程的demo

 

public class TestLambda {
    
    //lambda实现
    public static void runThreadUseLambda() {
        new Thread(() ->System.out.println("我是lambda实现的线程")).start(); 
    }
    
    //内部类实现 
    public static void runThreadUseInnerClass() {
        
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("内部类实现的线程");
            }
        }).start();
    }
    public static void main(String[] args) {
        TestLambda.runThreadUseLambda();
        TestLambda.runThreadUseInnerClass();
    }
}

 

Lambda原理

 

以上是通过不同的方法来实现线程的，那么我们来看下JVM编译执行过程的原理是不是一样的？

通过 javap -c TestLambda查看字节码 

 

 

 

通过上面的对比发现红色部分不太一样Lambda是InvokeDynamic 内部类是 invokespecial，那么是什么意思呢？

我们先温习下jvm指令

invokeinterface：调用接口方法；

invokespecial：专门用来调用父类方法、私有方法和初始化方法；

invokestatic：调用静态方法；

invokevirtual：调用对象的一般方法。

这四个指令所对应的类、调用的方法在编译时几乎是固定的：invokestatic所对应的类为静态方法所在的类，方法为静态方法本身；invokespecial所对应的类为当前对象，方法是固定的；invokeinterface和invokevirtual所对应的类也为当前对象，方法可以因为继承和实现进行选择，但也仅限于整个继承体系中选择。

 

在java7 JVM中增加了一个新的指令invokedynamic，用于支持动态语言，即允许方法调用可以在运行时指定类和方法，不必在编译的时候确定。

字节码中每条invokedynamic指令出现的位置称为一个动态调用点，invokedynamic指令后面会跟一个指向常量池的调用点限定符，这个限定符会被解析为一个动态调用点。

 

我们发现Lambda采用的是invokedynamic指令，所以Lambda还是有别于普通方式的调用的。

 

 

 

我们在来看下List中Lambda的使用。

代码

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.stream.Collectors;
public class TestLambdaList {
    public static void main(String[] args) {
        List userList = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            User user = new User();
            user.setId(i);
            user.setUserName("un" + i);
            user.setPassword("password" + i);
            userList.add(user);
        }
        // 通过Lambda取出User里面id的值
        List idList_LB = userList.stream().map(user -> user.getId()).collect(Collectors.toList());
        System.out.println(idList_LB);
        // 普通方法
        List idList_PT = new ArrayList<>();
        for (User user : userList) {
            idList_PT.add(user.getId());
        }
        System.out.println(idList_PT);
    }
}
class User {
    Integer id;
    String  userName;
    String  password;
    public Integer getId() {
        return id;
    }
    public void setId(Integer id) {
        this.id = id;
    }
    public String getUserName() {
        return userName;
    }
    public void setUserName(String userName) {
        this.userName = userName;
    }
    public String getPassword() {
        return password;
    }
    public void setPassword(String password) {
        this.password = password;
    }
}

 

以上是通过两种不同的方式实现取（出User里面id的值），很明显使用Lambda要简洁很多。

 

 

Lambda性能如何？

 

有许许多多关于 Java 8 中流效率的讨论，但根据 Alex Zhitnitsky 的测试结果显示：坚持使用传统的 Java 编程风格——iterator 和 for-each 循环——比 Java 8 的实现性能更佳。他们测出的结果是如下图

 

他们的结论：Java 8 中提供的任何一种新方式都会产生约 5 倍的性能差异。有时使用简单迭代器循环比混合 lambda 表达式和流更有效，即便这样需要多写几行代码，且需要跳过甜蜜的语法糖（syntactic suger）。

使用迭代器或 for-each 循环是遍历 ArrayList 最有效的方式，性能比采用索引值的传统 for 循环方式好两倍。

在 Java 8 的方法中，并行流的性能最佳。但是请小心，在某些情况下它也可能会导致程序运行得更慢。

 

我们自己来亲自测试下到底怎么样

将上面的代码添加个时间看下耗时情况

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.stream.Collectors;
public class TestLambdaList {
    public static void main(String[] args) {
        List userList = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            User user = new User();
            user.setId(i);
            user.setUserName("un" + i);
            user.setPassword("password" + i);
            userList.add(user);
        }
        // 通过Lambda取出User里面id的值
        long t1=System.currentTimeMillis();
        List idList_LB = userList.stream().map(user -> user.getId()).collect(Collectors.toList());
        //System.out.println(idList_LB);
        System.out.println(System.currentTimeMillis()-t1);
        // 普通方法
        long t2=System.currentTimeMillis();
        List idList_PT = new ArrayList<>();
        for (User user : userList) {
            idList_PT.add(user.getId());
        }
        System.out.println(System.currentTimeMillis()-t2);
       // System.out.println(idList_PT);
    }
}
class User {
    Integer id;
    String  userName;
    String  password;
    public Integer getId() {
        return id;
    }
    public void setId(Integer id) {
        this.id = id;
    }
    public String getUserName() {
        return userName;
    }
    public void setUserName(String userName) {
        this.userName = userName;
    }
    public String getPassword() {
        return password;
    }
    public void setPassword(String password) {
        this.password = password;
    }
}

 

测试1：在一个Main方法里面执行完
i＝100     多次测试的结果是：Lambda耗时在120左右。但是foreach每次的结果都是0；
i=100000   多次测试的结果是：Lambda耗时在120左右。但是foreach每次的结果都是10秒以内；
i=1000000  多次测试的结果是：Lambda耗时在120左右。但是foreach每次的结果都是10秒以内；  
i=10000000  多次测试的结果是：Lambda耗时在120左右。但是foreach每次的结果都是130秒以内； 


测试2：分别在一个Main方法里面执行完各自执行，（将其中的一个注释掉）
i＝100     多次测试的结果是：Lambda耗时在100左右。但是foreach每次的结果都是0；
i=100000   多次测试的结果是：Lambda耗时在100-120左右。但是foreach每次的结果都是12-16秒以内；
i=1000000 多次测试的结果是：Lambda耗时在120～180左右。但是foreach每次的结果都是30-50秒以内；  
i=10000000  多次测试的结果是：Lambda耗时在120～180左右。但是foreach每次的结果都是40~60秒以内；

 

由此可见:使用简单迭代器循环比混合 lambda 表达式和流更有效.

 

总结：

 

开始使用 Java 8 的第一件事情是在实践中使用 lambda 表达式和流。但是请记住：它确实非常好，好到可能会让你上瘾！但是，我们也看到了，使用传统迭代器和 for-each 循环的 Java 编程风格比 Java 8 中的新方式性能高很多。

当然，这也不是绝对的。但这确实是一个相当常见的例子，它显示可能会有大约 5 倍的性能差距。如果这影响到系统的核心功能或成为系统一个新的瓶颈，那就相当可怕了。

 

 

相关资料：https://jaxenter.com/how-java-8-lambdas-and-streams-can-make-your-code-5-times-slower-122603.html