面试题：Java Lambda表达式的底层原理及优化

Java Lambda表达式在JVM中的底层实现机制

编译：
- Lambda表达式在编译时，会被转换为一个匿名类或一个方法引用。如果Lambda表达式没有捕获外部变量，它通常会被编译成一个静态方法。例如，(int a, int b) -> a + b 这种简单的无状态Lambda表达式，会被编译成一个静态方法。
- 如果Lambda表达式捕获了外部变量（局部变量需为effectively final），它会被编译成一个匿名内部类，该类持有对外部变量的引用。例如：

int num = 10;
Runnable r = () -> System.out.println(num);

这里的Lambda表达式 () -> System.out.println(num) 会被编译成一个匿名内部类，该类持有对 num 的引用。 2. 存储：

编译后的匿名类或方法引用会像普通的类和方法一样存储在JVM的方法区。对于匿名类，它会有自己的类结构信息，包括类名（通常是包含数字的匿名类名）、字段（如果捕获了外部变量）和方法。方法引用会在常量池中存储对目标方法的引用。

调用：
- 当调用Lambda表达式时，如果是编译成匿名类，会创建匿名类的实例，然后调用其重写的方法。例如上面的 Runnable 的Lambda表达式，会创建匿名类实例，然后调用其 run 方法。
- 如果是编译成静态方法，会直接调用该静态方法。例如对于简单的无状态Lambda表达式 (int a, int b) -> a + b，会直接调用其编译后的静态方法。

高并发场景下优化Lambda表达式使用的思路及示例代码

优化思路：
- 减少捕获外部变量：捕获外部变量会增加对象的创建和内存开销，尽量使用无状态的Lambda表达式。例如，避免在Lambda表达式中引用外部的可变局部变量。
- 使用并行流：在处理集合等数据结构时，使用并行流可以充分利用多核CPU的优势。例如，对一个整数列表进行求和操作：

import java.util.Arrays;
import java.util.List;

public class LambdaPerformanceOptimization {
    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10);
        // 串行流
        long sequentialSum = numbers.stream().mapToInt(Integer::intValue).sum();
        // 并行流
        long parallelSum = numbers.parallelStream().mapToInt(Integer::intValue).sum();
        System.out.println("Sequential Sum: " + sequentialSum);
        System.out.println("Parallel Sum: " + parallelSum);
    }
}

避免在Lambda中进行同步操作：尽量将同步操作移到Lambda表达式外部，以减少锁争用。例如，如果需要对共享资源进行操作，可以先获取锁，然后在Lambda外部修改共享资源。
使用静态方法引用：相比于匿名类的Lambda表达式，静态方法引用的性能更好，因为它不需要创建额外的对象实例。例如：

import java.util.function.IntBinaryOperator;

public class StaticMethodReference {
    public static int add(int a, int b) {
        return a + b;
    }

    public static void main(String[] args) {
        IntBinaryOperator operator = StaticMethodReference::add;
        int result = operator.applyAsInt(3, 5);
        System.out.println(result);
    }
}

示例代码：

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class LambdaConcurrencyOptimization {
    private static final int THREADS = 10;
    private static final ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(THREADS);

    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < THREADS; i++) {
            // 使用无状态的Lambda表达式
            executorService.submit(() -> {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " is running.");
            });
        }
        executorService.shutdown();
        try {
            if (!executorService.awaitTermination(60, TimeUnit.SECONDS)) {
                executorService.shutdownNow();
                if (!executorService.awaitTermination(60, TimeUnit.SECONDS)) {
                    System.err.println("Pool did not terminate");
                }
            }
        } catch (InterruptedException ie) {
            executorService.shutdownNow();
            Thread.currentThread().interrupt();
        }
    }
}

在上述代码中，submit 方法中的Lambda表达式是无状态的，避免了捕获外部变量带来的性能开销。同时，使用线程池来管理多线程任务，提高了线程的复用性和整体性能。

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