为什么'T.super.toString()'和'super::toString'使用合成访问器方法?



考虑以下一组表达式:

class T {{
/*1*/   super.toString();      // direct
/*2*/   T.super.toString();    // synthetic
        Supplier<?> s;
/*3*/   s = super::toString;   // synthetic
/*4*/   s = T.super::toString; // synthetic
}}

得出以下结果:

class T {
    T();
     0  aload_0 [this]
     1  invokespecial java.lang.Object() [8]
     4  aload_0 [this]
     5  invokespecial java.lang.Object.toString() : java.lang.String [10]
     8  pop           // ^-- direct
     9  aload_0 [this]
    10  invokestatic T.access$0(T) : java.lang.String [14]
    13  pop           // ^-- synthetic
    14  aload_0 [this]
    15  invokedynamic 0 get(T) : java.util.function.Supplier [21]
    20  astore_1 [s]  // ^-- methodref to synthetic
    21  aload_0 [this]
    22  invokedynamic 1 get(T) : java.util.function.Supplier [22]
    27  astore_1      // ^-- methodref to synthetic
    28  return
    static synthetic java.lang.String access$0(T arg0);
    0  aload_0 [arg0]
    1  invokespecial java.lang.Object.toString() : java.lang.String [10]
    4  areturn
    Bootstrap methods:
    0 : # 40 invokestatic java/lang/invoke/LambdaMetafactory.metafactory:...
        #43 invokestatic T.access$0:(LT;)Ljava/lang/String;
    1 : # 40 invokestatic java/lang/invoke/LambdaMetafactory.metafactory:...
        #46 invokestatic T.access$0:(LT;)Ljava/lang/String;
}

为什么java代码行/*2*//*3*//*4*/生成并使用合成访问器方法access$0?我期望线路/*2*/以及线路/*3*//*4*/的引导方法也像线路/*1*/那样使用invokespecial

特别是当方法Object::toString可以直接从相关范围访问时,例如,以下方法引用没有包装对合成访问器方法的调用:

class F {{
    Function<Object, ?> f = Object::toString; // direct
}}

然而,存在差异:

class O {{
        super.toString();      // invokespecial -> "className@hashCode"
        O.super.toString();    // invokespecial -> "className@hashCode"
        Supplier<?> s;
        s = super::toString;   // invokespecial -> "className@hashCode"
        s = O.super::toString; // invokespecial -> "className@hashCode"
        Function<Object, ?> f = Object::toString;
        f.apply(O.super); // invokeinterface -> "override"
    }
    public String toString() {return "override";}
}

这带来了另一个问题:有没有办法绕过((Function<Object, ?> Object::toString)::apply中的覆盖?

对表单super.method()的调用允许绕过同一类中的重写method(),调用超类层次结构中最特定的method()。由于在字节码级别上,只有声明类本身可以忽略其自己的重写方法(以及子类的潜在重写方法),因此如果这种调用应由不同的(但在概念上有标题的)类执行,如其内部类之一,则将生成合成访问器方法,格式为Outer.super.method(...),或者为方法引用生成的合成类。

请注意,即使一个类没有覆盖被调用的方法,而且似乎没有什么区别,调用也必须以这种方式编译,因为在运行时可能会有子类覆盖该方法,然后,它就会产生影响。

有趣的是,当T实际上不是外部类而是包含语句的类时,使用T.super.method()也会发生同样的事情。在这种情况下,helper方法并不是真正必要的,但编译器似乎统一地实现了形式identifier.super.method(...)的所有调用。


附带说明一下,Oracle的JRE在为lambda表达式/方法引用生成类时能够绕过这种字节码限制,因此,super::methodName类型的方法引用不需要访问器方法,如下所示:

import java.lang.invoke.*;
import java.util.function.Supplier;
public class LambdaSuper {
    public static void main(String[] args) throws Throwable {
        MethodHandles.Lookup l=MethodHandles.lookup();
        MethodType mt=MethodType.methodType(String.class);
        MethodHandle target=l.findSpecial(Object.class, "toString", mt, LambdaSuper.class);
        Supplier<String> s=(Supplier)LambdaMetafactory.metafactory(l, "get",
            MethodType.methodType(Supplier.class, LambdaSuper.class),
            mt.generic(), target, mt).getTarget().invokeExact(new LambdaSuper());
        System.out.println(s.get());
    }
    @Override
    public String toString() {
        return "overridden method";
    }
}

生成的Supplier将返回类似的LambdaSuper@6b884d57,表明它调用了重写的Object.toString()方法而不是重写的LambdaSuper.toString()。编译器供应商似乎对JRE功能的预期很谨慎,不幸的是,这一部分似乎有点未明确。

不过,对于真正的内部类场景,它们是必需的。

Holger已经解释了为什么会发生这种情况—super引用仅限于直接子类。这里只是一个更详细的版本,说明那里真正发生的事情:


对封闭类型的超类方法的调用

class T {
    class U {
        class V {{
/*2*/       T.super.toString();
        }}
    }
}

它生成一系列合成访问器方法:

class T {
    static synthetic String access$0(T t) { // executing accessor
        return t.super.toString(); // only for the refered outer class
    }
    class U { // new U(T.this)
        static synthetic T access$0(U u) { // relaying accessor
            return T.this; // for every intermediate outer class
        }
        class V {{ // new V(U.this)
            T.access$0(U.access$0(U.this)); // T.access$0(T.this)
        }}
    }
}

T是直接封闭类时,即没有中间外部类,在类T中只生成"执行"访问器(即在其本身,这似乎是不必要的)。

注意:访问器链是由Eclipse生成的,但不是由OpenJDK产生的,请参阅下文。


对自己的超类方法的方法引用

class T {
    class U {
        class V {{
            Supplier<?> s;
/*3*/       s = super::toString;
        }}
    }
}

这将生成一个合成访问器方法和一个委托给它的引导方法:

class T {
    class U {
        class V {
            static synthetic String access$0(V v) {
                return v.super.toString();
            }
            dynamic bootstrap Supplier get(V v) { // methodref
                return () -> V.access$0(v); // toString() adapted to get()
            }
            {
                get(V.this);
            }
        }
    }
}

这是一个类似于前一个的奇异情况,因为super::toString在这里等价于V.super::toString,所以合成访问器是在类V本身中生成的。这里的一个新元素是用于将CCD_ 30适配为CCD_。

注意:这里只有OracleJDK足够"智能"(正如Holger所指出的),可以通过将super调用直接放入方法引用适配器来避免合成访问器。


对封闭类型的超类"方法的方法引用

class T {
    class U {
        class V {{
            Supplier<?> s;
/*4*/       s = T.super::toString;
        }}
    }
}

正如您所料,这是前面两种情况的组合:

class T {
    static synthetic String access$0(T t) { // executing accessor
        return t.super.toString(); // only for the refered outer class
    }
    class U { // new U(T.this)
        static synthetic T access$0(U u) { // relaying accessor
            return T.this; // for every intermediate outer class
        }
        class V { // new V(U.this)
            dynamic bootstrap Supplier get(T t) { // methodref
                return () -> T.access$0(t); // toString() adapted to get()
            }
            {
                get(U.access$0(U.this)); // get(T.this)
            }
        }
    }
}

这里没有什么新鲜事,只需注意,内部类总是只接收直接外部类的实例,因此在类V中,使用T.this,它可能会经过整个中间合成访问器方法链,例如U.access$0(V.U_this)(如在Eclipse中),或者利用这些合成字段(引用outer.this)的包可见性,并将T.this转换为V.U_this.T_this(如在OpenJDK中)。


注意:以上翻译是根据Eclipse编译器进行的OpenJDK的不同之处在于为方法引用生成实例合成lambda方法,而不是像Eclipse那样生成static综合访问器方法,并且还避免了访问器链,因此在最后一种情况下OpenJDK发出:

class T {
    static synthetic String access$0(T t) { // executing accessor
        return t.super.toString(); // only for the refered outer class
    }
    class U { // new U(T.this)
        class V { // new V(U.this)
            instance synthetic Object lambda$0() {
                return T.access$0(V.U_this.T_this); // direct relay
            }
            dynamic bootstrap Supplier get(V v) { // methodref
                return () -> V.lambda$0(v); // lambda$0() adapted to get()
            }
            {
                get(V.this);
            }
        }
    }
}


总之,这在很大程度上取决于编译器供应商。

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