Lambda 表达式在运行时失败并出现 java.lang.BootstrapMethodError

Question

在一个包中 (a) 我有两个功能接口：

package a;

@FunctionalInterface
interface Applicable<A extends Applicable<A>> {

    void apply(A self);
}

-

package a;

@FunctionalInterface
public interface SomeApplicable extends Applicable<SomeApplicable> {
}

超接口中的apply 方法将self 作为A，因为否则，如果使用Applicable<A>，则该类型在包外将不可见，因此无法实现该方法。

在另一个包 (b) 中，我有以下 Test 类：

package b;

import a.SomeApplicable;

public class Test {

    public static void main(String[] args) {

        // implement using an anonymous class
        SomeApplicable a = new SomeApplicable() {
            @Override
            public void apply(SomeApplicable self) {
                System.out.println("a");
            }
        };
        a.apply(a);

        // implement using a lambda expression
        SomeApplicable b = (SomeApplicable self) -> System.out.println("b");
        b.apply(b);
    }
}

第一个实现使用匿名类，它可以正常工作。另一方面，第二个编译正常，但在运行时失败，在尝试访问Applicable 接口时抛出由java.lang.IllegalAccessError 引起的java.lang.BootstrapMethodError。

Exception in thread "main" java.lang.BootstrapMethodError: java.lang.IllegalAccessError: tried to access class a.Applicable from class b.Test
    at b.Test.main(Test.java:19)
Caused by: java.lang.IllegalAccessError: tried to access class a.Applicable from class b.Test
    ... 1 more

我认为如果 lambda 表达式要么像匿名类一样工作，要么给出编译时错误，这将更有意义。所以，我只是想知道这里发生了什么。

---

我尝试删除超级接口并在SomeApplicable 中声明该方法，如下所示：

package a;

@FunctionalInterface
public interface SomeApplicable {

    void apply(SomeApplicable self);
}

这显然使它工作，但让我们看到字节码有什么不同。

从 lambda 表达式编译的合成 lambda$0 方法在两种情况下似乎相同，但我可以发现引导方法下方法参数的一个差异。

Bootstrap methods:
  0 : # 58 invokestatic java/lang/invoke/LambdaMetafactory.metafactory:(Ljava/lang/invoke/MethodHandles$Lookup;Ljava/lang/String;Ljava/lang/invoke/MethodType;Ljava/lang/invoke/MethodType;Ljava/lang/invoke/MethodHandle;Ljava/lang/invoke/MethodType;)Ljava/lang/invoke/CallSite;
    Method arguments:
        #59 (La/Applicable;)V
        #62 invokestatic b/Test.lambda$0:(La/SomeApplicable;)V
        #63 (La/SomeApplicable;)V

#59 从 (La/Applicable;)V 更改为 (La/SomeApplicable;)V。

我真的不知道 lambda 元工厂是如何工作的，但我认为这可能是一个关键的区别。

---

我还尝试像这样在SomeApplicable 中显式声明apply 方法：

package a;

@FunctionalInterface
public interface SomeApplicable extends Applicable<SomeApplicable> {

    @Override
    void apply(SomeApplicable self);
}

现在apply(SomeApplicable) 方法确实存在并且编译器为apply(Applicable) 生成了一个桥接方法。运行时仍然会抛出相同的错误。

在字节码级别，它现在使用LambdaMetafactory.altMetafactory 而不是LambdaMetafactory.metafactory：

Bootstrap methods:
  0 : # 57 invokestatic java/lang/invoke/LambdaMetafactory.altMetafactory:(Ljava/lang/invoke/MethodHandles$Lookup;Ljava/lang/String;Ljava/lang/invoke/MethodType;[Ljava/lang/Object;)Ljava/lang/invoke/CallSite;
    Method arguments:
        #58 (La/SomeApplicable;)V
        #61 invokestatic b/Test.lambda$0:(La/SomeApplicable;)V
        #62 (La/SomeApplicable;)V
        #63 4
        #64 1
        #66 (La/Applicable;)V

Answer 1

据我所知，JVM 做的一切都是正确的。

当apply 方法在Applicable 中声明但不在SomeApplicable 中时，匿名类应该可以工作，而 lambda 不应该。让我们检查一下字节码。

匿名类Test$1

public void apply(a.SomeApplicable);
  Code:
     0: getstatic     #2    // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
     3: ldc           #3    // String a
     5: invokevirtual #4    // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
     8: return

public void apply(a.Applicable);
  Code:
     0: aload_0
     1: aload_1
     2: checkcast     #5    // class a/SomeApplicable
     5: invokevirtual #6    // Method apply:(La/SomeApplicable;)V
     8: return

javac 生成接口方法apply(Applicable) 和覆盖方法apply(SomeApplicable) 的实现。除了方法签名之外，这两个方法都没有引用不可访问的接口Applicable。即Applicable接口在匿名类代码中的任何地方都没有解析(JVMS §5.4.3)。

注意apply(Applicable)可以从Test调用成功，因为方法签名中的类型在解析invokeinterface指令(JVMS §5.4.3.4)时没有被解析。

拉姆达

通过使用引导方法LambdaMetafactory.metafactory执行invokedynamic字节码获得一个lambda实例：

BootstrapMethods:
  0: #36 invokestatic java/lang/invoke/LambdaMetafactory.metafactory
    Method arguments:
      #37 (La/Applicable;)V
      #38 invokestatic b/Test.lambda$main$0:(La/SomeApplicable;)V
      #39 (La/SomeApplicable;)V

用于构造 lambda 的静态参数是：

1. 实现接口的MethodType：void (a.Applicable);
2. 将 MethodHandle 直接指向实现；
3. lambda 表达式的有效 MethodType：void (a.SomeApplicable)。

所有这些参数都在invokedynamic 引导过程(JVMS §5.4.3.6) 期间解决。

现在关键点：要解析 MethodType，其方法描述符中给出的所有类和接口都被解析 (JVMS §5.4.3.5)。特别是，JVM 尝试代表Test 类解析a.Applicable，并以IllegalAccessError 失败。然后根据invokedynamic的规范，将错误包裹到BootstrapMethodError中。

桥接法

要解决IllegalAccessError，您需要在可公开访问的SomeApplicable 接口中显式添加桥接方法：

public interface SomeApplicable extends Applicable<SomeApplicable> {
    @Override
    void apply(SomeApplicable self);
}

在这种情况下，lambda 将实现 apply(SomeApplicable) 方法而不是 apply(Applicable)。对应的invokedynamic指令会引用(La/SomeApplicable;)V MethodType，会成功解析。

注意：仅更改SomeApplicable 接口是不够的。您必须使用新版本的SomeApplicable 重新编译Test，才能使用正确的MethodTypes 生成invokedynamic。我已经在从 8u31 到最新的 9-ea 的几个 JDK 上验证了这一点，并且有问题的代码可以正常工作。