CFR（ Java 反编译器）---＞ lambda 表达式底层实现机制
一、安装教程
CFR（Class File Reader）是一个流行的Java反编译器，它可以将编译后的.class文件或整个.jar文件转换回Java源代码。以下是CFR的下载和使用教程：
下载CFR
-
访问CFR的官方网站或GitHub仓库：CFR的最新版本和所有历史版本都可以在其GitHub仓库中找到。访问 CFR的GitHub页面。
-
选择版本并下载：在GitHub仓库中，点击“Releases”部分，找到你想要下载的版本。通常，你应该下载最新的稳定版本。点击对应版本旁边的
.jar文件链接进行下载。
使用CFR反编译.class文件
一旦你下载了CFR的.jar文件，你就可以使用Java命令行工具来运行它并反编译.class文件或.jar文件。确保你的计算机上已经安装了Java。
-
打开命令行工具：在Windows上，你可以使用CMD或PowerShell；在macOS或Linux上，使用Terminal。
-
使用CFR反编译
.class文件：在命令行中，导航到包含CFR.jar文件的目录。使用以下命令反编译单个.class文件：java -jar cfr-0.152.jar path/to/YourClass.class将
cfr-0.152.jar替换为你下载的CFR版本的实际文件名，将path/to/YourClass.class替换为你想要反编译的.class文件的路径。 -
使用CFR反编译
.jar文件：CFR也可以反编译整个.jar文件中的所有类。使用以下命令：java -jar cfr-0.152.jar path/to/your-archive.jar将
path/to/your-archive.jar替换为你想要反编译的.jar文件的路径。
高级用法
CFR提供了许多命令行选项，允许你定制反编译过程。例如，你可以控制是否显示局部变量名、是否解包枚举等。要查看所有可用的选项，运行：
java -jar cfr-0.152.jar --help
这将列出所有支持的选项及其描述。
注意事项
- 反编译的代码可能与原始源代码在某些细节上有所不同，特别是变量名和某些代码结构可能会因编译过程中的优化而改变。
- 使用反编译器查看代码主要用于学习和分析目的。如果你打算使用反编译的代码作为你自己的项目的一部分，请确保你有权这样做，以避免侵犯版权。
CFR是一个非常强大的工具，适用于需要深入理解编译后的Java代码的开发者。
二、使用帮助介绍
java -jar cfr-0.152.jar --help
2.1 help选项介绍
% java -jar cfr-0.152.jar --help
CFR 0.152
--aexagg (boolean)
--aexagg2 (boolean)
--aggressivedocopy (int >= 0) default: 0
--aggressivedoextension (boolean)
--aggressiveduff (boolean)
--aggressivesizethreshold (int >= 0) default: 13000
--allowcorrecting (boolean) default: true
--allowmalformedswitch (boolean)
--analyseas (One of [DETECT, JAR, WAR, CLASS])
--antiobf (boolean) default: false
--arrayiter (boolean) default: true if class file from version 49.0 (Java 5) or greater
--caseinsensitivefs (boolean) default: true
--clobber (boolean)
--collectioniter (boolean) default: true if class file from version 49.0 (Java 5) or greater
--commentmonitors (boolean) default: false
--comments (boolean) default: true
--constobf (boolean) default: Value of option 'antiobf'
--decodeenumswitch (boolean) default: true if class file from version 49.0 (Java 5) or greater
--decodefinally (boolean) default: true
--decodelambdas (boolean) default: true if class file from version 52.0 (Java 8) or greater
--decodestringswitch (boolean) default: true if class file from version 51.0 (Java 7) or greater
--dumpclasspath (boolean) default: false
--eclipse (boolean) default: true
--elidescala (boolean) default: false
--extraclasspath (string)
--forbidanonymousclasses (boolean) default: false
--forbidmethodscopedclasses (boolean) default: false
--forceclassfilever (string, specifying either java version as 'j6', 'j1.0', or classfile as '56', '56.65535')
--forcecondpropagate (boolean)
--forceexceptionprune (boolean)
--forcereturningifs (boolean)
--forcetopsort (boolean)
--forcetopsortaggress (boolean)
--forcetopsortnopull (boolean)
--forloopaggcapture (boolean)
--hidebridgemethods (boolean) default: Value of option 'obfattr'
--hidelangimports (boolean) default: true
--hidelongstrings (boolean) default: false
--hideutf (boolean) default: true
--ignoreexceptions (boolean) default: false
--ignoreexceptionsalways (boolean) default: false
--importfilter (string)
--innerclasses (boolean) default: true
--instanceofpattern (boolean) default: true if class file from version 60.0 (Java 16) or greater, or experimental in 58.0 (Java 14), 59.0 (Java 15)
--j14classobj (boolean) default: false if class file from version 49.0 (Java 5) or greater
--jarfilter (string)
--labelledblocks (boolean) default: true
--lenient (boolean) default: false
--liftconstructorinit (boolean) default: true
--lomem (boolean) default: false
--methodname (string)
--obfattr (boolean) default: Value of option 'antiobf'
--obfcontrol (boolean) default: Value of option 'antiobf'
--obfuscationpath (string)
--outputdir (string)
--outputencoding (string)
--outputpath (string)
--override (boolean) default: true if class file from version 50.0 (Java 6) or greater
--previewfeatures (boolean) default: true
--pullcodecase (boolean) default: false
--recordtypes (boolean) default: true if class file from version 60.0 (Java 16) or greater, or experimental in 58.0 (Java 14), 59.0 (Java 15)
--recover (boolean) default: true
--recovertypeclash (boolean)
--recovertypehints (boolean)
--reducecondscope (boolean)
--relinkconst (boolean) default: true
--relinkconststring (boolean) default: Value of option 'relinkconst'
--removebadgenerics (boolean) default: true
--removeboilerplate (boolean) default: true
--removedeadconditionals (boolean)
--removedeadmethods (boolean) default: true
--removeinnerclasssynthetics (boolean) default: true
--rename (boolean) default: false
--renamedupmembers (boolean) default: Value of option 'rename'
--renameenumidents (boolean) default: Value of option 'rename'
--renameillegalidents (boolean) default: Value of option 'rename'
--renamesmallmembers (int >= 0) default: 0
--sealed (boolean) default: true if class file from version 62.0 (Java 18) or greater, or experimental in 60.0 (Java 16), 61.0 (Java 17)
--showinferrable (boolean) default: false if class file from version 51.0 (Java 7) or greater
--showversion (boolean) default: true
--silent (boolean) default: false
--skipbatchinnerclasses (boolean) default: true
--staticinitreturn (boolean) default: true
--stringbuffer (boolean) default: false if class file from version 49.0 (Java 5) or greater
--stringbuilder (boolean) default: true if class file from version 49.0 (Java 5) or greater
--stringconcat (boolean) default: true if class file from version 53.0 (Java 9) or greater
--sugarasserts (boolean) default: true
--sugarboxing (boolean) default: true
--sugarenums (boolean) default: true if class file from version 49.0 (Java 5) or greater
--sugarretrolambda (boolean) default: false
--switchexpression (boolean) default: true if class file from version 58.0 (Java 14) or greater, or experimental in 56.0 (Java 12), 57.0 (Java 13)
--tidymonitors (boolean) default: true
--trackbytecodeloc (boolean) default: false
--tryresources (boolean) default: true if class file from version 51.0 (Java 7) or greater
--usenametable (boolean) default: true
--usesignatures (boolean) default: true
--version (boolean) default: true
--help (string)
Please specify '--help optionname' for specifics, e.g.
作用：
--aexagg和--aexagg2：控制异常聚合的程度，可能有助于简化生成的代码。--aggressivedocopy：更积极地复制代码片段，可能使反编译的代码更易于理解。--aggressivedoextension、--aggressiveduff：控制CFR在处理某些代码结构时的积极程度。--aggressivesizethreshold：设置积极处理代码的大小阈值。--allowcorrecting：允许CFR进行一些修正以提高代码准确性。--allowmalformedswitch：允许处理格式错误的switch语句。--analyseas：指定分析的类型（DETECT, JAR, WAR, CLASS）。--antiobf：针对混淆代码的处理。--arrayiter、--collectioniter：控制数组和集合迭代的处理。--caseinsensitivefs：文件系统大小写不敏感。--clobber：覆盖现有文件。--commentmonitors：在生成的代码中注释掉monitor语句。--comments：生成的代码中包含注释。--constobf：处理常量混淆。--decodeenumswitch、--decodefinally、--decodelambdas、--decodestringswitch：控制特定结构的反编译。--dumpclasspath：输出类路径。--eclipse：为Eclipse生成更友好的代码。--elidescala：省略Scala特定的代码。--extraclasspath：指定额外的类路径。--forbidanonymousclasses、--forbidmethodscopedclasses：禁止处理匿名类和方法作用域类。--forceclassfilever：强制指定类文件版本。--forcecondpropagate、--forceexceptionprune、--forcereturningifs、--forcetopsort、--forcetopsortaggress、--forcetopsortnopull：控制特定代码结构的处理方式。--forloopaggcapture：循环聚合捕获。--hidebridgemethods、--hidelangimports、--hidelongstrings、--hideutf：隐藏或省略代码中的特定部分。--ignoreexceptions、--ignoreexceptionsalways：忽略异常处理。--importfilter：过滤导入。--innerclasses：处理内部类。--instanceofpattern：处理instanceof模式匹配（Java 16+特性）。--j14classobj：处理Java 14的类对象。--jarfilter：过滤JAR文件中的类。--labelledblocks：标记代码块。--lenient：宽容模式。--liftconstructorinit：提升构造函数初始化。--lomem：低内存模式。--methodname：指定方法名。--obfattr、--obfcontrol：控制混淆属性。--obfuscationpath：指定混淆路径。--outputdir、--outputencoding、--outputpath：输出目录、编码和路径。--override：处理覆盖方法。--previewfeatures：启用预览特性。--pullcodecase：代码提取。--recordtypes：处理记录类型（Java 16+特性）。--recover、--recovertypeclash、--recovertypehints：恢复类型和提示。--reducecondscope：减少条件作用域。--relinkconst、--relinkconststring：重新链接常量。--removebadgenerics、--removeboilerplate、--removedeadconditionals、--removedeadmethods、--removeinnerclasssynthetics：移除无用代码。--rename、--renamedupmembers、--renameenumidents、--renameillegalidents、--renamesmallmembers：重命名标识符。--sealed：处理密封类（Java 17+特性）。--showinferrable：显示可推断的信息。--showversion：显示版本信息。--silent：静默模式。--skipbatchinnerclasses：跳过批处理内部类。--staticinitreturn：静态初始化返回。--stringbuffer、--stringbuilder、--stringconcat：字符串处理。--sugarasserts、--sugarboxing、--sugarenums、--sugarretrolambda：语法糖处理。--switchexpression：处理switch表达式（Java 12+特性）。--tidymonitors：整理监视器。--trackbytecodeloc：跟踪字节码位置。--tryresources：处理try-with-resources。--usenametable、--usesignatures：使用名称表和签名。--version：显示CFR版本。--help：显示帮助信息。
这些选项提供了对CFR反编译过程的细粒度控制，允许用户根据需要调整反编译的行为和输出。
2.2 常用选项
在使用CFR（Class File Reader）反编译器时，一些选项比其他选项更为常用，因为它们提供了对反编译过程中最基本和最直接的控制。以下是一些最常用的CFR选项：
-
--outputdir <directory>：指定输出目录，反编译的代码将被保存到这个目录下。这是在处理多个类文件或整个jar文件时非常有用的选项。 -
--outputpath <file>：指定输出文件的路径，反编译的代码将被保存到这个文件中。当你只关心一个类或少数几个类的反编译结果时，这个选项很有用。 -
--decodelambdas：尝试反编译Lambda表达式。由于Lambda表达式是Java 8及更高版本中的一个重要特性，这个选项通常被启用以获得更准确的反编译结果。 -
--showversion：显示CFR的版本信息。这对于确保你正在使用的是最新版本的CFR或者对版本有特定要求时很有帮助。 -
--silent：减少CFR在反编译过程中的输出信息。当你不需要详细的进度信息时，这个选项可以让输出更加简洁。 -
--comments：在生成的代码中包含注释。这可以帮助理解反编译的代码，尤其是当原始代码中包含了有用的注释时。 -
--renameillegalidents：重命名不合法的标识符。这对于处理混淆过的代码特别有用，因为混淆器可能会生成不符合Java标识符命名规则的名称。 -
--stringbuilder：使用StringBuilder而不是StringBuffer。这反映了较新Java版本的实践，因为StringBuilder通常比StringBuffer更优。 -
--tryresources：尝试反编译try-with-resources语句。这是Java 7引入的一个重要特性，能够自动管理资源。 -
--help：显示帮助信息，包括所有可用的命令行选项及其描述。这是了解和探索CFR功能的起点。
这些选项中的许多都是为了提高反编译的准确性、可读性或者操作的便利性。根据你的具体需求，你可能会发现其中一些选项特别有用。
三、举例
3.1 查看 lambda 底层实现机制
1.lambda 表达式的本质：函数式接口的匿名子类的匿名对象
2.lambda表达式是语法糖
语法糖：编码时是lambda简洁的表达式，在字节码期，语法糖会被转换为实际复杂的实现方式，含义不变；即编码表面有个糖衣，在编译期会被脱掉
在 Java 中，当你使用 lambda 表达式时，编译器在背后做了很多工作来将这些表达式转换成可执行的代码。特别是，它使用了 invokedynamic 指令和 LambdaMetafactory 来动态生成和加载 lambda 表达式对应的类。这是 Java 8 引入的一种新机制，用于提高 lambda 表达式的性能和灵活性。
3.1.1 反编译 lambda
当使用--decodelambdas false选项运行CFR反编译器时，CFR将不会尝试以Lambda表达式的形式反编译Java 8及以上版本中的Lambda表达式。相反，它会以匿名类或类似的结构来展示这些Lambda表达式。这可能会使得反编译的代码看起来与原始源代码有较大差异，特别是在使用Lambda表达式的地方。
原始Java代码
假设我们有以下简单的Java程序，它使用Lambda表达式来遍历并打印一个字符串列表：
import java.util.Arrays;
import java.util.List;
public class LambdaExample {
public static void main(String[] args) {
List<String> items = Arrays.asList("Apple", "Banana", "Cherry");
items.forEach(item -> System.out.println(item));
}
}
当这段代码被编译时，对于 items.forEach(item -> System.out.println(item)); 这一行，编译器生成的字节码会使用 invokedynamic 指令来引导 lambda 表达式的实现。这个过程涉及到 LambdaMetafactory，它是 JDK 提供的一个工厂类，专门用于生成符合特定函数式接口的类实例。
LambdaMetafactory.metafactory 是一个静态方法，它接受一系列参数，包括目标接口的方法类型、lambda 表达式的实现方法的方法句柄（Method Handle），以及 lambda 表达式的签名。它返回一个 CallSite 对象，这个对象封装了对动态生成的 lambda 表达式类的实例的调用。
在运行时，invokedynamic 指令首次执行时会调用这个 metafactory 方法，生成一个实现了 Consumer<String> 接口的类的实例。这个实例具体执行的代码就是 lambda 表达式的体。
编译Java代码
首先，我们需要编译这个Java程序。在命令行中，使用javac命令编译这个程序：
javac LambdaExample.java
这将生成LambdaExample.class文件。
使用CFR反编译并应用--decodelambdas false
现在，我们将使用CFR反编译器来反编译这个.class文件，并使用--decodelambdas false选项来禁止Lambda表达式的特殊处理。在命令行中，运行以下命令：
java -jar cfr-0.152.jar LambdaExample.class --decodelambdas false
请确保将cfr-0.152.jar替换为你的CFR .jar文件的实际路径。
反编译结果
由于--decodelambdas false选项的使用，CFR将不会以Lambda表达式的形式展示原始的Lambda表达式。相反，它可能会生成一个匿名类或类似的结构来表示Lambda表达式的功能。反编译的输出可能看起来像这样：
/*
* Decompiled with CFR 0.152.
*/
import java.lang.invoke.LambdaMetafactory;
import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.function.Consumer;
public class LambdaExample {
public static void main(String[] stringArray) {
List<String> list = Arrays.asList("Apple", "Banana", "Cherry");
list.forEach(
(Consumer<String>)LambdaMetafactory.metafactory(
null,
null,
null,
(Ljava/lang/Object;)V,
lambda$main$0(java.lang.String ),
(Ljava/lang/String;)V)());
}
private static /* synthetic */ void lambda$main$0(String string) {
System.out.println(string);
}
}
3.1.2 反编译结果解释
这段代码是一个使用CFR反编译器反编译后的Java程序，其中包含了Lambda表达式的使用。原始的Java代码可能使用了Lambda表达式来遍历一个字符串列表并打印每个元素。下面是对这段反编译代码的解释：
导入部分
import java.lang.invoke.LambdaMetafactory;
import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.function.Consumer;
这部分代码导入了程序中使用到的类。LambdaMetafactory是Java在运行时动态生成和调用Lambda表达式的关键工具。Arrays、List和Consumer则是在集合操作中常用的类和接口。
类定义
public class LambdaExample {
...
}
定义了一个名为LambdaExample的公共类。
主方法
public static void main(String[] stringArray) {
List<String> list = Arrays.asList("Apple", "Banana", "Cherry");
list.forEach(
(Consumer<String>)LambdaMetafactory.metafactory(null,
null,
null,
(Ljava/lang/Object;)V,
lambda$main$0(java.lang.String ),
(Ljava/lang/String;)V)());
}
这是程序的主方法，它创建了一个包含三个字符串的列表，并使用forEach方法遍历这个列表。在原始的Java代码中，这里很可能使用了一个Lambda表达式来打印列表中的每个元素。在反编译的代码中，Lambda表达式被转换成了对LambdaMetafactory.metafactory方法的调用，这个方法在运行时动态生成了一个实现了Consumer接口的类的实例。因为forEach方法入参就是一个函数式接口Consumer<? super T>，即：最终返回Consumer实例对象
default void forEach(Consumer<? super T> action) {
Objects.requireNonNull(action);
for (T t : this) {
action.accept(t);
}
}
Lambda表达式的静态方法
private static /* synthetic */ void lambda$main$0(String string) {
System.out.println(string);
}
这个静态方法是原始Lambda表达式的体现。在编译时，Java编译器将Lambda表达式转换为类中的一个私有静态方法。这里，lambda$main$0方法接收一个字符串参数，并打印它。
总结
这段反编译的代码展示了Java中Lambda表达式的底层实现机制。原始的Lambda表达式被转换为一个私有静态方法，而LambdaMetafactory用于在运行时动态生成一个符合Lambda表达式行为的Consumer实例。这种机制使得Java能够在保持类型安全的同时，提供对Lambda表达式的高效支持。