1. 简介
在本文中，我们介绍在Java 7中引入并在Java 9版本中得到增强的重要API，即java.lang.invoke.MethodHandles。
特别是，我们将学习什么是方法句柄，如何创建它们以及如何使用它们。
2. 什么是方法句柄？
如API文档中所述，对其定义进行了说明：
方法句柄是对底层方法、构造函数、字段或类似低级操作的类型化、可直接执行的引用，具有可选的参数或返回值转换。
更简单地说，方法句柄是一种用于查找、调整和调用方法的低级机制。
方法句柄是不可变的并且没有可见状态。
要创建和使用MethodHandle，需要4个步骤：
- 创建Lookup
- 创建MethodType
- 查找方法句柄
- 调用方法句柄
2.1 方法句柄与反射
引入方法句柄是为了与现有的java.lang.reflect API一起使用，因为它们有不同的用途和不同的特性。
从性能的角度来看，MethodHandles API可以比反射API快得多，因为访问检查是在创建时而不是在执行时进行的。如果存在安全管理器，则这种差异会被进一步放大，因为成员和类查找需要进行额外检查。
然而，考虑到性能并不是任务的唯一适用性衡量标准，我们还必须考虑MethodHandles API更难以使用，因为缺少成员类枚举、可访问性标志检查等机制。
即便如此，MethodHandles API提供了对方法进行柯里化、更改参数类型和更改顺序的可能性。
有了MethodHandles API的明确定义和目标，我们现在可以从查找开始着手处理它们。
3. 创建Lookup(查找)
当我们想要创建方法句柄时，首先要做的是检索查找，工厂对象负责为查找类可见的方法、构造函数和字段创建方法句柄。
通过MethodHandles API，可以创建具有不同访问模式的查找对象。
让我们创建提供对公共方法的访问的查找：
MethodHandles.Lookup publicLookup = MethodHandles.publicLookup();
但是，如果我们还想访问私有和受保护的方法，我们可以使用lookup()方法：
MethodHandles.Lookup lookup = MethodHandles.lookup();
4. 创建一个MethodType
为了能够创建MethodHandle，查找对象需要定义其类型，这是通过MethodType类实现的。
特别是，MethodType表示方法句柄接收和返回的参数和返回类型，或者方法句柄调用者传递和预期的参数和返回类型。
MethodType的结构很简单，它由返回类型和适当数量的参数类型组成，这些参数类型必须在方法句柄及其所有调用者之间正确匹配。与MethodHandle一样，即使是MethodType的实例也是不可变的。
让我们看看如何定义一个MethodType，将java.util.List类指定为返回类型，将Object数组指定为输入类型：
MethodType mt = MethodType.methodType(List.class, Object[].class);
如果方法返回原始类型或void作为其返回类型，我们将使用表示这些类型的类(void.class、int.class …)。
以下定义一个MethodType，它返回一个int值并接收一个Object：
MethodType mt = MethodType.methodType(int.class, Object.class);
5. 查找MethodHandle
一旦我们定义了我们的方法类型，为了创建一个MethodHandle，我们必须通过lookup或publicLookup对象找到它，同时提供原始类和方法名称。
特别是，查找工厂提供了一组方法，允许我们在考虑方法范围的情况下以适当的方式查找方法句柄。从最简单的场景开始，让我们探索主要的场景。
5.1 方法的方法句柄
使用findVirtual()方法允许我们为对象方法创建MethodHandle。让我们根据String类的concat()方法创建一个：
MethodType mt = MethodType.methodType(String.class, String.class);
MethodHandle concatMH = publicLookup.findVirtual(String.class, "concat", mt);
5.2 静态方法的方法句柄
当我们想要访问静态方法时，我们可以使用findStatic()方法：
MethodType mt = MethodType.methodType(List.class, Object[].class);
MethodHandle asListMH = publicLookup.findStatic(Arrays.class, "asList", mt);
在这种情况下，我们创建了一个方法句柄，将对象数组转换为对象列表。
5.3 构造函数的方法句柄
可以使用findConstructor()方法访问构造函数。让我们创建一个方法句柄，其行为类似于Integer类的构造函数，接收String参数：
MethodType mt = MethodType.methodType(void.class, String.class);
MethodHandle newIntegerMH = publicLookup.findConstructor(Integer.class, mt);
5.4 字段的方法句柄
使用方法句柄也可以访问字段。首先我们定义一个Book类：
public class Book {
String id;
String title;
// constructor
}
以方法句柄和声明的属性之间的可直接访问可见性为前提，我们可以创建一个充当getter的方法句柄：
MethodHandle getTitleMH = lookup.findGetter(Book.class, "title", String.class);
5.5 私有方法的方法句柄
在java.lang.reflect API的帮助下，我们还可以为私有方法创建方法句柄。
下面为Book类添加一个私有方法：
private String formatBook() {
return id + " > " + title;
}
现在我们可以创建一个与formatBook()方法完全相同的方法句柄：
Method formatBookMethod = Book.class.getDeclaredMethod("formatBook");
formatBookMethod.setAccessible(true);
MethodHandle formatBookMH = lookup.unreflect(formatBookMethod);
6. 调用方法句柄
一旦我们创建了方法句柄，下一步就是使用它们。特别是，MethodHandle类提供了3种不同的方法来执行方法句柄：invoke()、invokeWithArugments()和invokeExact()。
6.1 invoke
当使用invoke()方法时，我们强制固定参数的数量(arity)，但我们允许对参数和返回类型进行强制转换和装箱/拆箱。
让我们看看如何将invoke()与装箱参数一起使用：
MethodType mt = MethodType.methodType(String.class, char.class, char.class);
MethodHandle replaceMH = publicLookup.findVirtual(String.class, "replace", mt);
String output = (String) replaceMH.invoke("jovo", Character.valueOf('o'), 'a');
assertEquals("java", output);
在这种情况下，replaceMH需要char参数，但invoke()在执行之前对Character参数执行拆箱。
6.2 invokeWithArguments
使用invokeWithArguments方法调用方法句柄是三个方法中限制最少的。事实上，除了参数和返回类型的强制转换和装箱/拆箱外，它还允许变量arity调用。
这允许我们从一个int值数组开始创建一个整数列表：
MethodType mt = MethodType.methodType(List.class, Object[].class);
MethodHandle asList = publicLookup.findStatic(Arrays.class, "asList", mt);
List<Integer> list = (List<Integer>) asList.invokeWithArguments(1,2);
assertThat(Arrays.asList(1,2), is(list));
6.3 invokeExact
如果我们希望在执行方法句柄(参数的数量及其类型)的方式上更加严格，我们必须使用invokeExact()方法。事实上，它不提供对提供的类的任何转换，并且需要固定数量的参数。
让我们看看如何使用方法句柄对两个int值求和：
MethodType mt = MethodType.methodType(int.class, int.class, int.class);
MethodHandle sumMH = lookup.findStatic(Integer.class, "sum", mt);
int sum = (int) sumMH.invokeExact(1, 11);
assertEquals(12, sum);
如果在这种情况下，我们向invokeExact方法传递一个不是int的数字，则调用将导致WrongMethodTypeException。
7. 与数组一起使用
MethodHandles不仅适用于字段或对象，还适用于数组。事实上，使用asSpreader() API，可以处理数组扩展方法句柄。在这种情况下，方法句柄接收一个数组参数，将其元素作为位置参数展开，并且可以选择数组的长度。
让我们看看如何扩展方法句柄来检查数组中的元素是否相等：
MethodType mt = MethodType.methodType(boolean.class, Object.class);
MethodHandle equals = publicLookup.findVirtual(String.class, "equals", mt);
MethodHandle methodHandle = equals.asSpreader(Object[].class, 2);
assertTrue((boolean) methodHandle.invoke(new Object[] { "java", "java" }));
8. 增强方法句柄
一旦我们定义了一个方法句柄，就可以通过将方法句柄绑定到一个参数而不实际调用它来增强它。
例如，在Java 9中，这种行为用于优化字符串拼接。
让我们看看如何执行拼接，将后缀绑定到我们的concatMH：
MethodType mt = MethodType.methodType(String.class, String.class);
MethodHandle concatMH = publicLookup.findVirtual(String.class, "concat", mt);
MethodHandle bindedConcatMH = concatMH.bindTo("Hello ");
assertEquals("Hello World!", bindedConcatMH.invoke("World!"));
9.Java9增强功能
在Java 9中，对MethodHandles API进行了一些改进，目的是使其更易于使用。
增强功能影响了3个主要方面：
- 查找函数：允许从不同的上下文中进行类查找，并支持接口中的非抽象方法
- 参数处理：改进参数折叠、参数收集和参数传播功能
- 其他组合：添加循环(loop、whileLoop、doWhileLoop…)以及更好的tryFinally异常处理支持
这些变化带来了一些额外的好处：
- 增加了JVM编译器优化
- 实例化减少
- 在MethodHandles API的使用中启用精度
MethodHandles API Javadoc中提供了增强的详细信息。
10. 总结
在本文中，我们介绍了MethodHandles API、它们是什么以及我们如何使用它们。
我们还介绍了它与反射API的关系，并且由于方法句柄允许低级操作，因此最好避免使用它们，除非它们完全适合使用范围。
与往常一样，本教程的完整源代码可在GitHub上获得。
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