jvm - 如何使用 `tableswitch` 模拟 `MethodHandle` ？

Question

上下文:我一直在对使用 invokedynamic 之间的差异进行基准测试并手动生成字节码(这是在决定面向 JVM 的编译器是否应该发出更冗长的“传统”字节码或仅使用智能引导方法调用 invokedynamic 的上下文中)。在这样做时，将字节码映射到 MethodHandles 非常简单。至少一样快的组合器，除了 tableswitch .
问题:有没有模仿的技巧tableswitch使用 MethodHandle ?我尝试用跳转表来模仿它:使用常量 MethodHandle[] , 索引到 arrayElementGetter ，然后用 MethodHandles.invoker 调用找到的句柄.然而，当我通过 JMH 运行它时，它最终比原始字节码慢了大约 50%。
下面是生成方法句柄的代码:

private static MethodHandle makeProductElement(Class<?> receiverClass, List<MethodHandle> getters) {
    MethodHandle[] boxedGetters = getters
        .stream()
        .map(getter -> getter.asType(getter.type().changeReturnType(java.lang.Object.class)))
        .toArray(MethodHandle[]::new);

    MethodHandle getGetter = MethodHandles      // (I)H
        .arrayElementGetter(MethodHandle[].class)
        .bindTo(boxedGetters);
    MethodHandle invokeGetter = MethodHandles.permuteArguments( // (RH)O
        MethodHandles.invoker(MethodType.methodType(java.lang.Object.class, receiverClass)),
        MethodType.methodType(java.lang.Object.class, receiverClass, MethodHandle.class),
        1,
        0
    );

    return MethodHandles.filterArguments(invokeGetter, 1, getGetter);
}

这是初始字节码(我试图用一个 invokedynamic 调用替换它)

  public java.lang.Object productElement(int);
    descriptor: (I)Ljava/lang/Object;
    flags: (0x0001) ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=3, locals=3, args_size=2
         0: iload_1
         1: istore_2
         2: iload_2
         3: tableswitch   { // 0 to 2
                       0: 28
                       1: 38
                       2: 45
                 default: 55
            }
        28: aload_0
        29: invokevirtual #62                 // Method i:()I
        32: invokestatic  #81                 // Method java/lang/Integer.valueOf:(I)Ljava/lang/Integer;
        35: goto          67
        38: aload_0
        39: invokevirtual #65                 // Method s:()Ljava/lang/String;
        42: goto          67
        45: aload_0
        46: invokevirtual #68                 // Method l:()J
        49: invokestatic  #85                 // Method java/lang/Long.valueOf:(J)Ljava/lang/Long;
        52: goto          67
        55: new           #87                 // class java/lang/IndexOutOfBoundsException
        58: dup
        59: iload_1
        60: invokestatic  #93                 // Method java/lang/Integer.toString:(I)Ljava/lang/String;
        63: invokespecial #96                 // Method java/lang/IndexOutOfBoundsException."<init>":(Ljava/lang/String;)V
        66: athrow
        67: areturn

Answer 1

关于invokedynamic的好处是它允许推迟决定，如何将操作实现到实际运行时。这就是背后的窍门LambdaMetafactory或 StringConcatFactory它可能会返回组合的方法句柄，如您的示例代码或动态生成的代码，由特定实现自行决定。
甚至有可能的组合方法，生成您组合到操作中的类，例如解决现有的 LambdaMetafactory :

private static MethodHandle makeProductElement(
    MethodHandles.Lookup lookup, Class<?> receiverClass, List<MethodHandle> getters)
    throws Throwable {

    Function[] boxedGetters = new Function[getters.size()];
    MethodType factory = MethodType.methodType(Function.class);
    for(int ix = 0; ix < boxedGetters.length; ix++) {
        MethodHandle mh = getters.get(ix);
        MethodType actual = mh.type().wrap(), generic = actual.erase();
        boxedGetters[ix] = (Function)LambdaMetafactory.metafactory(lookup,
            "apply", factory, generic, mh, actual).getTarget().invokeExact();
    }

    Object switcher = new Object() {
        final Object get(Object receiver, int index) {
            return boxedGetters[index].apply(receiver);
        }
    };
    return lookup.bind(switcher, "get",
            MethodType.methodType(Object.class, Object.class, int.class))
        .asType(MethodType.methodType(Object.class, receiverClass, int.class));
}

这使用 LambdaMetafactory生成 Function每个 getter 的实例，类似于等效的方法引用。然后，一个实际的类调用了正确的 Function的 apply方法被实例化，并且是其 get 的方法句柄方法返回。
这是与您的方法句柄类似的组合，但对于引用实现，不使用句柄而是使用完全物化的类。我希望组合句柄和这种方法在大量调用时收敛到相同的性能，但物化类在中等数量的调用中具有领先优势。
我添加了第一个参数 MethodHandles.Lookup lookup这应该是 lookup由 invokedynamic 的引导方法接收的对象操作说明。如果以这种方式使用，生成的函数可以以与包含 invokedynamic 的代码相同的方式访问所有方法。指令，包括 private该类的方法。
或者，您可以自己生成一个包含真正 switch 指令的类。使用 the ASM library ，它可能看起来像:

private static MethodHandle makeProductElement(
    MethodHandles.Lookup lookup, Class<?> receiverClass, List<MethodHandle> getters)
    throws ReflectiveOperationException {

    ClassWriter cw = new ClassWriter(ClassWriter.COMPUTE_FRAMES);
    cw.visit(V1_8, ACC_INTERFACE|ACC_ABSTRACT,
        lookup.lookupClass().getName().replace('.', '/')+"$Switch", null,
        "java/lang/Object", null);
    MethodType type = MethodType.methodType(Object.class, receiverClass, int.class);
    MethodVisitor mv = cw.visitMethod(ACC_STATIC|ACC_PUBLIC, "get",
        type.toMethodDescriptorString(), null, null);
    mv.visitCode();

    Label defaultCase = new Label();
    Label[] cases = new Label[getters.size()];
    for(int ix = 0; ix < cases.length; ix++) cases[ix] = new Label();

    mv.visitVarInsn(ALOAD, 0);
    mv.visitVarInsn(ILOAD, 1);
    mv.visitTableSwitchInsn(0, cases.length - 1, defaultCase, cases);

    String owner = receiverClass.getName().replace('.', '/');

    for(int ix = 0; ix < cases.length; ix++) {
        mv.visitLabel(cases[ix]);
        MethodHandle mh = getters.get(ix);
        mv.visitMethodInsn(INVOKEVIRTUAL, owner, lookup.revealDirect(mh).getName(),
            mh.type().dropParameterTypes(0, 1).toMethodDescriptorString(), false);
        if(mh.type().returnType().isPrimitive()) {
            Class<?> boxed = mh.type().wrap().returnType();
            MethodType box = MethodType.methodType(boxed, mh.type().returnType());
            mv.visitMethodInsn(INVOKESTATIC, boxed.getName().replace('.', '/'),
                "valueOf", box.toMethodDescriptorString(), false);
        }
        mv.visitInsn(ARETURN);
    }
    mv.visitLabel(defaultCase);
    mv.visitTypeInsn(NEW, "java/lang/IndexOutOfBoundsException");
    mv.visitInsn(DUP);
    mv.visitVarInsn(ILOAD, 1);
    mv.visitMethodInsn(INVOKESTATIC, "java/lang/String",
        "valueOf", "(I)Ljava/lang/String;", false);
    mv.visitMethodInsn(INVOKESPECIAL, "java/lang/IndexOutOfBoundsException",
        "<init>", "(Ljava/lang/String;)V", false);
    mv.visitInsn(ATHROW);
    mv.visitMaxs(-1, -1);
    mv.visitEnd();
    cw.visitEnd();

    lookup = lookup.defineHiddenClass(
        cw.toByteArray(), true, MethodHandles.Lookup.ClassOption.NESTMATE);
    return lookup.findStatic(lookup.lookupClass(), "get", type);
}

这将生成一个带有 static 的新类包含 tableswitch 的方法指令和调用(以及我们现在必须自己做的装箱转换)。此外，它还具有为越界值创建和抛出异常所需的代码。生成类后，它返回一个句柄 static方法。