8.4.4 invokedynamic指令

8.4节一开始就提到了JDK 7为了更好地支持动态类型语言，引入了第五条方法调用的字节码指令 invokedynamic，之后却一直没有再提起它，甚至把代码清单8-12使用MethodHandle的示例代码反编译 后也完全找不到invokedynamic的身影，这实在与invokedynamic作为Java诞生以来唯一一条新加入的字 节码指令的地位不相符，那么invokedynamic到底有什么应用呢？

某种意义上可以说invokedynamic指令与MethodHandle机制的作用是一样的，都是为了解决原有4 条“invoke*”指令方法分派规则完全固化在虚拟机之中的问题，把如何查找目标方法的决定权从虚拟机转嫁到具体用户代码之中，让用户（广义的用户，包含其他程序语言的设计者）有更高的自由度。而且，它们两者的思路也是可类比的，都是为了达成同一个目的，只是一个用上层代码和API来实现， 另一个用字节码和Class中其他属性、常量来完成。因此，如果前面MethodHandle的例子看懂了，相信读者理解invokedynamic指令并不困难。

每一处含有invokedynamic指令的位置都被称作“动态调用点（Dynamically-Computed Call Site）”， 这条指令的第一个参数不再是代表方法符号引用的CONSTANT_Methodref_info常量，而是变为JDK 7 时新加入的CONSTANT_InvokeDynamic_info常量，从这个新常量中可以得到3项信息：引导方法 （Bootstrap Method，该方法存放在新增的BootstrapMethods属性中）、方法类型（MethodType）和名称。引导方法是有固定的参数，并且返回值规定是java.lang.invoke.CallSite对象，这个对象代表了真正要执行的目标方法调用。根据CONSTANT_InvokeDynamic_info常量中提供的信息，虚拟机可以找到并且执行引导方法，从而获得一个CallSite对象，最终调用到要执行的目标方法上。我们还是照例不依赖枯燥的概念描述，改用一个实际例子来解释这个过程吧，如代码清单8-13所示。

代码清单8-13 InvokeDynamic指令演示

import static java.lang.invoke.MethodHandles.lookup;
import java.lang.invoke.CallSite;
import java.lang.invoke.ConstantCallSite;
import java.lang.invoke.MethodHandle;
import java.lang.invoke.MethodHandles;
import java.lang.invoke.MethodType;
public class InvokeDynamicTest {
    public static void main(String[] args) throws Throwable {
        INDY_BootstrapMethod().invokeExact("icyfenix");
    }
    public static void testMethod(String s) {
        System.out.println("hello String:" + s);
    }
    public static CallSite BootstrapMethod(MethodHandles.Lookup lookup, String name, MethodType mt) throws Throwable {
        return new ConstantCallSite(lookup.findStatic(InvokeDynamicTest.class, name, mt));
    }
    private static MethodType MT_BootstrapMethod() {
        return MethodType .fromMethodDescriptorString( "(Ljava/lang/invoke/MethodHandles$Lookup;Ljava/lang/String;Ljava/lang/invoke/MethodType;)Ljava/lang/invoke/CallSite;", null);
    }
    private static MethodHandle MH_BootstrapMethod() throws Throwable {
        
        return lookup().findStatic(InvokeDynamicTest.class, "BootstrapMethod", MT_BootstrapMethod());
    }
    private static MethodHandle INDY_BootstrapMethod() throws Throwable {
        CallSite cs = (CallSite) MH_BootstrapMethod().invokeWithArguments(lookup(), "testMethod", MethodType.fromMethodDescriptorString("(Ljava/lang/String;)V", null));
        return cs.dynamicInvoker();
    }
}

这段代码与前面MethodHandleTest的作用基本上是一样的，虽然笔者没有加以注释，但是阅读起来应当也不困难。要是真没读懂也不要紧，笔者没写注释的主要原因是这段代码并非写给人看的，只是为了方便编译器按照笔者的意愿来产生一段字节码而已。前文提到过，由于invokedynamic指令面向的主要服务对象并非Java语言，而是其他Java虚拟机之上的其他动态类型语言，因此，光靠Java语言的编译器Javac的话，在JDK 7时甚至还完全没有办法生成带有invokedynamic指令的字节码（曾经有一个java.dyn.InvokeDynamic的语法糖可以实现，但后来被取消了），而到JDK 8引入了Lambda表达式和接口默认方法后，Java语言才算享受到了一点invokedynamic指令的好处，但用Lambda来解释invokedynamic指令运作就比较别扭，也无法与前面MethodHandle的例子对应类比，所以笔者采用一些变通的办法：John Rose（JSR 292的负责人，以前Da Vinci Machine Project的Leader）编写过一个把程序的字节码转换为使用invokedynamic的简单工具INDY^1来完成这件事，我们要使用这个工具来产生最终需要的字节码，因此代码清单8-13中的方法名称不能随意改动，更不能把几个方法合并到一起写， 因为它们是要被INDY工具读取的。

把上面的代码编译，再使用INDY转换后重新生成的字节码如代码清单8-14所示（结果使用javap输出，因版面原因，精简了许多无关的内容）。

代码清单8-14 InvokeDynamic指令演示（2）

Constant pool:
	#121 = NameAndType      #33:#30     // testMethod:(Ljava/lang/String;)V 
    #123 = InvokeDynamic    #0:#121     // #0:testMethod:(Ljava/lang/String;)V 

public static void main(java.lang.String[]) throws java.lang.Throwable; 
	Code:
		stack=2, locals=1, args_size=1
		0:	ldc #23 // String abc
		2:	invokedynamic #123, 0 // InvokeDynamic #0:testMethod: (Ljava/lang/String;)V
		7:	nop
		8:	return 

public static java.lang.invoke.CallSite BootstrapMethod(java.lang.invoke.Method Handles$Lookup, java.lang.String, java.lang.invoke.MethodType) throws java.lang.Throwable; 
	Code:
		stack=6, locals=3, args_size=3
		0:	new #63 // class java/lang/invoke/ConstantCallSite
		3:	dup
		4:	aload_0
		5:	ldc #1 // class org/fenixsoft/InvokeDynamicTest
		7:	aload_1
		8:	aload_2
		9:	invokevirtual #65 // Method java/lang/invoke/MethodHandles$ Lookup.findStatic:(Ljava/lang/Class;Ljava/ lang/String;Ljava/lang/invoke/Method Type;)Ljava/lang/invoke/MethodHandle;
		12:	invokespecial #71 // Method java/lang/invoke/ConstantCallSite. "<init>":(Ljava/lang/invoke/MethodHandle;)V
		15:	areturn

从main()方法的字节码中可见，原本的方法调用指令已经被替换为invokedynamic了，它的参数为第123项常量（第二个值为0的参数在虚拟机中不会直接用到，这与invokeinterface指令那个的值为0的参数一样是占位用的，目的都是为了给常量池缓存留出足够的空间）：

2: invokedynamic #123, 0 // InvokeDynamic #0:testMethod:(Ljava/lang/String;)V

从常量池中可见，第123项常量显示“#123=InvokeDynamic#0：#121”说明它是一项CONSTANT_InvokeDynamic_info类型常量，常量值中前面“#0”代表引导方法取Bootstrap Methods属性表的第0项（javap没有列出属性表的具体内容，不过示例中仅有一个引导方法，即BootstrapMethod()），而后面的“#121”代表引用第121项类型为CONSTANT_NameAndType_info的常量，从这个常量中可以获取到方法名称和描述符，即后面输出的“testMethod： (Ljava/lang/String；)V”。

再看BootstrapMethod()，这个方法在Java源码中并不存在，是由INDY产生的，但是它的字节码很容易读懂，所有逻辑都是调用MethodHandles$Lookup的findStatic()方法，产生testMethod()方法的MethodHandle，然后用它创建一个ConstantCallSite对象。最后，这个对象返回给invokedynamic指令实现对testMethod()方法的调用，invokedynamic指令的调用过程到此就宣告完成了。