Java 方法句柄详解 | Baeldung中文网

1. 引言

本文将探讨 Java 7 引入并在后续版本中增强的重要 API——java.lang.invoke.MethodHandles。我们将深入理解方法句柄的概念、创建方式及使用技巧。

2. 什么是方法句柄？

根据官方文档的定义：

方法句柄是对底层方法、构造器、字段或类似低级操作的类型化、直接可执行引用，可对参数或返回值进行可选转换。

简单来说，方法句柄是查找、适配和调用方法的低级机制。方法句柄具有不可变性且无可见状态。

创建和使用 MethodHandle 需要四个步骤：

创建查找对象（Lookup）
创建方法类型（MethodType）
查找方法句柄
调用方法句柄

2.1 方法句柄 vs 反射

方法句柄作为对现有 java.lang.reflect API 的补充，两者服务于不同目的且特性各异：

✅ 性能优势：MethodHandles API 通常比反射 API 更快，因为访问检查在创建时而非执行时完成。当存在安全管理器时，这种差异会被放大。

❌ 易用性劣势：MethodHandles API 缺乏成员类枚举、可访问性标志检查等机制，使用更复杂。

⚠️ 独特能力：方法句柄支持方法柯里化、参数类型转换和参数顺序调整。

3. 创建查找对象（Lookup）

创建方法句柄的第一步是获取查找对象——负责为可见的方法、构造器和字段创建方法句柄的工厂对象。

通过 MethodHandles API 可创建不同访问模式的查找对象：

// 提供公共方法访问权限
MethodHandles.Lookup publicLookup = MethodHandles.publicLookup();

// 提供私有/受保护方法访问权限
MethodHandles.Lookup lookup = MethodHandles.lookup();

4. 创建方法类型（MethodType）

要创建 MethodHandle，需通过 MethodType 类定义其类型。**MethodType 表示方法句柄接受和返回的参数类型与返回类型**。

MethodType 结构简单，由返回类型和匹配的参数类型组成。与 MethodHandle 类似，MethodType 实例也是不可变的。

定义返回 List、接受 Object[] 的方法类型：

MethodType mt = MethodType.methodType(List.class, Object[].class);

处理基本类型或 void 返回类型时，使用对应的类（如 void.class, int.class）：

MethodType mt = MethodType.methodType(int.class, Object.class);

5. 查找方法句柄

定义方法类型后，可通过查找对象获取 MethodHandle，需提供源类和方法名。查找工厂提供多种方法，根据方法范围选择合适方式：

5.1 对象方法句柄

使用 findVirtual() 创建对象方法句柄：

MethodType mt = MethodType.methodType(String.class, String.class);
MethodHandle concatMH = publicLookup.findVirtual(String.class, "concat", mt);

5.2 静态方法句柄

使用 findStatic() 访问静态方法：

MethodType mt = MethodType.methodType(List.class, Object[].class);
MethodHandle asListMH = publicLookup.findStatic(Arrays.class, "asList", mt);

5.3 构造器句柄

使用 findConstructor() 访问构造器：

MethodType mt = MethodType.methodType(void.class, String.class);
MethodHandle newIntegerMH = publicLookup.findConstructor(Integer.class, mt);

5.4 字段句柄

定义 Book 类：

public class Book {
    String id;
    String title;
    // 构造器
}

创建 getter 方法句柄：

MethodHandle getTitleMH = lookup.findGetter(Book.class, "title", String.class);

💡 更多字段操作可参考 Java 9 的 VarHandle API

5.5 私有方法句柄

结合反射 API 创建私有方法句柄。添加私有方法：

private String formatBook() {
    return id + " > " + title;
}

创建方法句柄：

Method formatBookMethod = Book.class.getDeclaredMethod("formatBook");
formatBookMethod.setAccessible(true);
MethodHandle formatBookMH = lookup.unreflect(formatBookMethod);

6. 调用方法句柄

MethodHandle 提供三种调用方式：invoke(), invokeWithArguments(), invokeExact()。

6.1 基础调用（invoke）

invoke() 允许参数数量固定，但支持类型转换和自动装箱/拆箱：

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);

6.2 可变参数调用（invokeWithArguments）

invokeWithArguments 最灵活，支持：

可变参数数量
类型转换
自动装箱/拆箱

示例：将 int 数组转为 List<Integer>：

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 精确调用（invokeExact）

invokeExact() 最严格，要求：

参数数量完全匹配
无类型转换
无自动装箱/拆箱

示例：整数求和：

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);

⚠️ 传入非 int 类型会抛出 WrongMethodTypeException

7. 数组操作

方法句柄也支持数组操作。使用 asSpreader() 创建数组展开方法句柄：

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

可通过绑定参数增强方法句柄（实际调用前绑定参数）。Java 9 用此优化字符串拼接：

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. Java 9 增强功能

Java 9 对 MethodHandles API 进行了三方面增强：

查找功能增强
- 支持不同上下文的类查找
- 支持接口中的非抽象方法
参数处理改进
- 优化参数折叠（argument folding）
- 改进参数收集（collecting）和展开（spreading）
新增组合功能
- 添加循环控制（loop, whileLoop, doWhileLoop）
- 增强异常处理（tryFinally）

这些改进带来：

提升 JVM 编译器优化能力
减少实例化开销
提高方法句柄使用精度

10. 总结

本文全面介绍了 MethodHandles API 的概念与使用。虽然方法句柄支持低级操作，但除非完全符合需求，否则应谨慎使用。相比反射，它在特定场景下提供更好的性能和灵活性。

完整示例代码见 GitHub 仓库

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