Chapter 11 - MethodHandle (#26)

ch11/남궁민.md

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+marp: true
+paginate: true
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+
+# Method Handle 이란 무엇인가?
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+⎯ 남궁민
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+## `invokedynamic` 에 대해 먼저 알아보자
+
+```java
+public class InvokeDynamic {
+    public static void main(String[] args) {
+        Runnable r = () -> System.out.println("Hello");
+        r.run();
+    }
+}
+```
+
+---
+
+```java
+{
+  public com.livid.javaoptimizing.InvokeDynamic();
+    Code:
+      stack=1, locals=1, args_size=1
+         0: aload_0
+         1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
+         4: return
+
+  public static void main(java.lang.String[]);
+    Code:
+      stack=1, locals=2, args_size=1
+         0: invokedynamic #7,  0              // InvokeDynamic #0:run:()Ljava/lang/Runnable;
+         5: astore_1
+         6: aload_1
+         7: invokeinterface #11,  1           // InterfaceMethod java/lang/Runnable.run:()V
+        12: return
+}
+
+BootstrapMethods:
+  0: #43 REF_invokeStatic java/lang/invoke/LambdaMetafactory.metafactory:(Ljava/lang/invoke/MethodHandles$Lookup;Ljava/lang/String;
+  Ljava/lang/invoke/MethodType;
+  Ljava/lang/invoke/MethodType;
+  Ljava/lang/invoke/MethodHandle;
+  Ljava/lang/invoke/MethodType;)
+  Ljava/lang/invoke/CallSite;
+    Method arguments:
+      #39 ()V
+      #40 REF_invokeStatic com/livid/javaoptimizing/InvokeDynamic.lambda$main$0:()V
+      #39 ()V
+```
+
+---
+
+- `invokedynamic` 은 BSM(Bootstrap Method)을 호출하고, BSM은 호출할 실제 메소드를 가리키는 객체를 반환
+- CallSite: method handle을 담아두는 홀더 역할 수행
+  - CallSite를 호출하면 MethodHandle을 통해서 타겟 메서드에 위임
+
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+
+## Method Handle 정의
+
+- 자바 7부터 추가되었고, 이후 지속적으로 개선되어 온 기능
+  - `java.lang.invoke.MethodHandles`
+
+> method handle은 내재된 메소드, 생성자, 필드 혹은 이와 비슷한 저수준 작업을 직접 실행할 수 있는 타입화된 참조이며, 선택적으로 인자 값을 변경하거나 값을 반환할 수 있다.
+
+- 쉽게 말해서 **메소드를 찾고, 조정하고, 호출하는 저수준 메커니즘**
+- method handle은 불변 객체이며, 외부에서 상태를 확인할 수 없음
+
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+
+## Method Handle 생성 및 사용을 위한 4단계
+
+1. lookup 생성
+2. method type 생성
+3. method handle 조회
+4. method handle 호출
+
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+
+## Method Handle vs Reflection
+
+- method handle은 기존의 `java.lang.reflect` API와 함께 사용할 수 있도록 소개되었으며, 둘은 목적과 성격이 다름
+- 성능 관점: **Method Handles API가 Reflection API보다 훨씬 빠름**
+  - access checks가 실행 시간이 아닌 생성 시간에 수행되기 때문
+- MethodHandles API의 약점
+  - 멤버 클래스 열거, 접근성 flag에 대한 메커니즘이 부실함
+- MethodHandles API 매개변수 관련 특징
+  - 메소드 커리(여러 매개변수를 가진 함수를 단일 매개변수를 가진 함수들로 변환)을 지원
+  - 매개변수 타입 변경 및 순서 변경 지원
+
+---
+
+## Lookup 생성
+
+- lookup: method handle을 생성하기 위한 팩토리 객체
+  - 특정 클래스에 대해 접근 가능한 메소드, 생성자, 필드만을 대상으로 함
+- MethodHandles API를 활용해서 생성 가능
+
+❖ public 메소드에 대한 액세스 제공 lookup 생성
+
+```java
+MethodHandles.Lookup publicLookup = MethodHandles.publicLookup();
+```
+
+❖ private 및 protected 메소드에 대한 액세스 제공 lookup 생성
+
+```java
+MethodHandles.Lookup lookup = MethodHandles.lookup();
+```
+
+---
+
+## MethodType 생성
+
+- MethodHandle을 생성하기 위해 lookup 객체는 타입에 대한 정의가 필요
+- 이는 MethodType 클래스를 사용하여 생성 가능
+- **MethodType은 method handle이 받는 매개변수와 반환 타입, 또는 method handle caller에게 전달되는 매개변수와 반환 타입을 나타냄**
+  - MethodType을 통해 method handle이나 호출자는 올바른 타입의 매개변수를 전달하고 반환값도 올바른 타입으로 처리할 수 있게 됨
+- MethodType의 인스턴스 또한 불변 객체
+
+❖ Object[]을 받아 List를 반환하는 메소드의 MethodType을 생성
+
+```java
+MethodType mt = MethodType.methodType(List.class, Object[].class);
+```
+
+---
+
+## MethodHandle 조회
+
+- lookup 객체를 사용하여 method handle을 조회
+  - 이를 위해 원본 클래스 및 메소드 이름도 필요함
+- lookup factory는 method handle을 찾아내는 메소드 집합을 제공
+  - 찾고자 하는 메소드의 scope에 맞게 적절한 메소드를 사용할 수 있음
+
+---
+
+❖ `findVirtual` : 객체 메소드의 MethodHandle 조회
+
+```java
+MethodType mt = MethodType.methodType(String.class, String.class);
+MethodHandle concatMH = publicLookup.findVirtual(String.class, "concat", mt);
+```
+
+---
+
+❖ `findStatic` : 정적 메소드의 MethodHandle 조회
+
+```java
+MethodType mt = MethodType.methodType(List.class, Object[].class);
+MethodHandle asListMH = publicLookup.findStatic(Arrays.class, "asList", mt);
+```
+
+---
+
+❖ `findConstructor` : 생성자의 MethodHandle 조회
+
+```java
+MethodType mt = MethodType.methodType(void.class, String.class);
+MethodHandle newIntegerMH = publicLookup.findConstructor(Integer.class, mt);
+```
+
+---
+
+❖ `findGetter` : 필드의 MethodHandle 조회
+
+```java
+MethodHandle getMH = publicLookup.findGetter(String.class, "length", int.class);
+```
+
+---
+
+❖ private 메소드에 대한 MethodHandle 조회
+
+```java
+Method formatBookMethod = Book.class.getDeclaredMethod("formatBook");
+formatBookMethod.setAccessible(true);
+MethodHandle formatBookMH = lookup.unreflect(formatBookMethod);
+```
+
+---
+
+## MethodHandle 호출
+
+- MethodHandle 클래스는 3가지 실행 방식을 제공
+  - `invoke`
+  - `invokeWithArguments`
+  - `invokeExact`
+
+---
+
+### `invoke`
+
+- 인자 개수를 고정해야 하지만, 인자 및 반환 타입에 대한 캐스팅 및 박싱/언박싱을 허용
+
+```java
+MethodType mt = MethodType.methodType(String.class, char.class, char.class);
+MethodHandle replaceMH = publicLookup.findVirtual(String.class, "replace", mt);
+
+String output = (String) replaceMH.invoke("jovo", Character.valueOf('o'), 'a');
+
+assertEquals("java", output);
+```
+
+---
+
+### `invokeWithArguments`
+
+- 3가지 실행 방식 중 가장 제한이 적음
+- 인자 및 반환 타입에 대한 캐스팅 및 박싱/언박싱을 허용 + 가변 개수 호출 허용
+
+```java
+MethodType mt = MethodType.methodType(List.class, Object[].class);
+MethodHandle asList = publicLookup.findStatic(Arrays.class, "asList", mt);
+
+List<Integer> list = (List<Integer>) asList.invokeWithArguments(1,2);
+
+assertThat(Arrays.asList(1,2), is(list));
+```
+
+---
+
+### `invokeExact`
+
+- 가장 제한적인 실행 방식
+- 캐스팅할 수 없으며 고정된 인자 개수를 사용해야 함
+
+```java
+MethodType mt = MethodType.methodType(int.class, int.class, int.class);
+MethodHandle sumMH = lookup.findStatic(Integer.class, "sum", mt);
+
+int sum = (int) sumMH.invokeExact(1, 11);
+
+assertEquals(12, sum);
+```
+
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+
+## 정리
+
+- Method Handle은 Reflection보다 빠르고 유연한 저수준 메커니즘
+- 저수준 작업을 허용하기 때문에 꼭 필요한 경우가 아니면 사용하지 않는 것이 좋음
+
+---
+
+## References
+
+- [Baeldung - Method Handles in Java](https://www.baeldung.com/java-method-handles)
+- [invokedynamic의 내부 동작](https://blog.hexabrain.net/400)