Blog

JVM中的invokedynamic

浅谈一下自JVM发行以来首次引入的新指令。

为了支持更多语言

官方在论文中阐述新指令的引入动机是为了更好的支持更多的语言，因为当时已经不再是Java这一种语言在使用JVM了。首要解决的是诸如Python、Ruby这类动态类型语言的支持问题。Java是强类型的语言，尽管在编译后真正跑在虚拟机上是去类型的，可是在最终invoke时要做类型检查，如果这时候签名不一致回报错，所以编译时就要确定这些参数。可是动态类型的语言只有在运行时才能知道具体类型，因此在没有invokedynamic前，Jython和JRuby实现起来很繁琐。

这个invoke类型的引入也同时引入了Bootstrap Method(简称BSM)的概念和一个新的对象CallSite。BSM构造CallSite，CallSite存储MethodHandle。

BSM

一个Bootstrap Method通常存储在常量池中，一般认为BSM都是static的。它的前三个参数和返回类型均有约定，是用户定义的。

1
static CallSite bootstrap(Lookup caller, String name, MethodType type)

参数解释：

  • caller: 用以查找MethodHandle的方法
  • name: 被查找方法的名字
  • type: 方法的签名

可以拥有251个额外的静态参数，因为JVM启动的时候就会load这个BSM，所以要求静态。

CallSite

里面存储的MethodHandle，可以在BSM构造后使用setTarget()重新设定一个MH，但是签名必须一致。

执行过程

invokedynamic先调用BSM构造出CallSite，这一步叫做调用点解析。然后调用解析好的调用点。Dalvik中将invokedynamic拆成invoke-custom和invoke-polymorphic，前者可以认为是弱化的dynamic，而后者则是一个Dalvik中支持签名多态的新指令，由Methodhandle.invoke和MethodHandle.invokeExact实现。

Java 8 中的匿名函数

官方在设计文档中指出，虽然lambda expression可以用inner class，invokedynamic，MethodHandle Proxies等多种方法实现，但是因为一些历史原因最终选择了invokedynamic，这就使得这一条指令肩负着动态类型语言和函数式特性两大任务。

本质上lambda expression在Java中是一个Desugar的过程，最终推到runtime去做bind。下面是J8中LambdaMetafactory的一个BSM：

1
2
3
4
5
6
static CallSite	metafactory​(MethodHandles.Lookup caller, 
                            String invokedName, 
                            MethodType invokedType, 
                            MethodType samMethodType, 
                            MethodHandle implMethod, 
                            MethodType instantiatedMethodType)

可以尝试写几个lambda expression后，通过javap反汇编看到编译后对应的invoke指令。