初探Java类型擦除

本篇博客主要介绍了Java类型擦除的定义，详细的介绍了类型擦除在Java中所出现的场景。

1. 什么是类型擦除

为了让大家快速的对类型擦除有一个印象，首先举一个很简单也很经典的例子。

// 指定泛型为String
List<String> list1 = new ArrayList<>();
// 指定泛型为Integer
List<Integer> list2 = new ArrayList<>();

System.out.println(list1.getClass() == list2.getClass()); // true

上面的判断结果是true。表明了两个传入了不一样泛型的List最终都编译成了ArrayList，成为了同一种类型，原来的泛型参数String和Integer被擦除掉了。这就是类型擦除的一个典型的例子。

而若是咱们说到类型擦除为何会出现，咱们就必需要了解泛型。

2. 泛型

2.1. 泛型的定义

随着2004年9月30日，工程代号为Tiger的JDK 1.5发布，泛型今后与你们见面。JDK 1.5在Java语法的易用性上做出了很是大的改进。除了泛型，同版本加入的还有自动装箱、动态注解、枚举、可变长参数、foreach循环等等。

而在1.5以前的版本中，为了让Java的类具备通用性，参数类型和返回类型一般都设置为Object，可见，若是须要不用的类型，就须要在相应的地方，对其进行强制转换，程序才能够正常运行，十分麻烦，稍不注意就会出错。

泛型的本质就是参数化类型。也就是，将一个数据类型指定为参数。引入泛型有什么好处呢？

泛型能够将JDK 1.5以前在运行时才能发现的错误，提早到编译期。也就是说，泛型提供了编译时类型安全的检测机制。例如，一个变量原本是Integer类型，咱们在代码中设置成了String，没有使用泛型的时候只有在代码运行到这了，才会报错。

而引入泛型以后就不会出现这个问题。这是由于经过泛型能够知道该参数的规定类型，而后在编译时，判断其类型是否符合规定类型。

泛型总共有三种使用方法，分别使用于类、方法和接口。

3. 泛型的使用方法

3.1 泛型类

3.1.1 定义泛型类

简单的泛型类能够定义为以下。

public class Generic<T> {
    T data;
    
    public Generic(T data) {
        setData(data);
    }
    
    public T getData() {
        return data;
    }
    
    public void setData(T data) {
        this.data = data;
    }
}

其中的T表明参数类型，表明任何类型。固然，并非必定要写成T，这只是你们约定俗成的习惯而已。有了上述的泛型类以后咱们就能够像以下的方式使用了。

3.1.2 使用泛型类

// 假设有这样一个具体的类
public class Hello {
    private Integer id;

    private String name;

    private Integer age;

    private String email;
}

// 使用泛型类
Hello hello = new Hello();
Generic<Hello> result = new Generic<>();
resule.setData(hello);

// 经过泛型类获取数据
Hello data = result.getData();

固然若是泛型类不传入指定的类型的话，泛型类中的方法或者成员变量定义的类型能够为任意类型，若是打印result.getClass()的话，会获得Generic。

3.2. 泛型方法

3.2.1 定义泛型方法

首先咱们看一下不带返回值的泛型方法，能够定义为以下结构。

// 定义不带返回值的泛型方法
public <T> void genericMethod(T field) {
    System.out.println(field.getClass().toString());
}

// 定义带返回值的泛型方法
private <T> T genericWithReturnMethod(T field) {
    System.out.println(field.getClass().toString());
    return field;
}

3.2.2 调用泛型方法

// 调用不带返回值泛型方法
genericMethod("This is string"); // class java.lang.String
genericMethod(56L); // class java.lang.Long

// 调用带返回值的泛型方法
String test = genericWithReturnMethod("TEST"); // TEST class java.lang.String

带返回值的方法中，T就是当前函数的返回类型。

3.3. 泛型接口

泛型接口定义以下

public interface genericInterface<T> {
}

使用的方法与泛型类相似，这里就再也不赘述。

4. 泛型通配符

什么是泛型通配符？官方一点的解释是

Type of unknown.

也就是无限定的通配符，能够表明任意类型。用法也有三种，<?>，<? extends T>和<? super T>。

既然已经有了T这样的表明任意类型的通配符，为何还须要这样一个无限定的通配符呢？是由于其主要解决的问题是泛型继承带来的问题。

4.1. 泛型的继承问题

首先来看一个例子

List<Integer> integerList = new ArrayList<>();
List<Number> numberList = integerList;

咱们知道，Integer是继承自Number类的。

public final class Integer extends Number implements Comparable {
....
}

那么上述的代码可以经过编译吗？确定是不行的。Integer继承自Number不表明List 和 List 之间有继承关系。那通配符的应用场景是什么呢？

4.2. 通配符的应用场景

在其余函数中，例如JavaScript中，一个函数的参数能够是任意的类型，而不须要进行任意的类型转换，因此这样的函数在某些应用场景下，就会具备很强的通用性。

而在Java这种强类型语言中，一个函数的参数类型是固定不变的。那若是想要在Java中实现相似于JavaScript那样的通用函数该怎么办呢？这也就是为何咱们须要泛型的通配符。

假设咱们有不少动物的类, 例如Dog, Pig和Cat三个类，咱们须要有一个通用的函数来计算动物列表中的全部动物的腿的总数，若是在Java中，要怎么作呢？

可能会有人说，用泛型啊，泛型不就是解决这个问题的吗？泛型必须指定一个特定的类型。正式由于泛型解决不了...才提出了泛型的通配符。

4.3. 无界通配符

无界通配符就是?。看到这你可能会问，这不是跟T同样吗？为啥还要搞个?。他们主要区别在于，T主要用于声明一个泛型类或者方法，?主要用于使用泛型类和泛型方法。下面举个简单的例子。

// 定义打印任何类型列表的函数
public static void printList(List<?> list) {
    for (Object elem: list) {
        System.out.print(elem + " ");
    }
}

// 调用上述函数
List<Integer> intList = Arrays.asList(1, 2, 3);
List<String> stringList = Arrays.asList("one", "two", "three");
printList(li);// 1 2 3 
printList(ls);// one two three

上述函数的目的是打印任何类型的列表。能够看到在函数内部，并无关心List中的泛型究竟是什么类型的，你能够将<?>理解为只提供了一个只读的功能，它去除了增长具体元素的能力，只保留与具体类型无关的功能。从上述的例子能够看出，它只关心元素的数量以及其是否为空，除此以外不关心任何事。

再反观T，上面咱们也列举了如何定义泛型的方法以及若是调用泛型方法。泛型方法内部是要去关心具体类型的，而不只仅是数量和不为空这么简单。

4.4. 上界通配符<? extends T>

既然?能够表明任何类型，那么extends又是干吗的呢？

假设有这样一个需求，咱们只容许某一些特定的类型能够调用咱们的函数（例如，全部的Animal类以及其派生类），可是目前使用?，全部的类型均可以调用函数，没法知足咱们的需求。

private int countLength(List< ? extends Animal> list) {...}

使用了上界通配符来完成这个公共函数以后，就可使用以下的方式来调用它了。

List<Pig> pigs = new ArrayList<>();
List<Dog> dogs = new ArrayList<>();
List<Cat> cats = new ArrayList<>();

// 伪装写入了数据
int sum = 0;
sum += countLength(pigs);
sum += countLength(dogs);
sum += countLength(cats);

看完了例子，咱们就能够简单的得出一个结论。上界通配符就是一个能够处理任何特定类型以及是该特定类型的派生类的通配符。

可能会有人看的有点懵逼，我结合上面的例子，再简单的用人话解释一下：上界通配符就是一个啥动物都能放的盒子。

4.5. 下界通配符<? super Animal>

上面咱们聊了上界通配符，它将未知的类型限制为特定类型或者该特定的类型的子类型（也就是上面讨论过的动物以及一切动物的子类）。而下界通配符则将未知的类型限制为特定类型或者该特定的类型的超类型，也就是超类或者基类。

在上述的上界通配符中，咱们举了一个例子。写了一个能够处理任何动物类以及是动物类的派生类的函数。而如今咱们要写一个函数，用来处理任何是Integer以及是Integer的超类的函数。

public static void addNumbers(List<? super Integer> list) {
    for (int i = 1; i <= 10; i++) {
        list.add(i);
    }
}

5. 类型擦除

简单的了解了泛型的几种简单的使用方法以后，咱们回到本篇博客的主题上来——类型擦除。泛型虽然有上述所列出的一些好处，可是泛型的生命周期只限于编译阶段。

本文最开始的给出的样例就是一个典型的例子。在通过编译以后会采起去泛型化的措施，编译的过程当中，在检测了泛型的结果以后会将泛型的相关信息进行擦除操做。就像文章最开始提到的例子同样，咱们使用上面定义好的Generic泛型类来举个简单的例子。

Generic<String> generic = new Generic<>("Hello");
Field[] fs = generic.getClass().getDeclaredFields();
for (Field f : fs) {
    System.out.println("type: " + f.getType().getName()); // type: java.lang.Object
}

getDeclaredFields是反射中的方法，能够获取当前类已经声明的各类字段，包括public，protected以及private。

能够看到咱们传入的泛型String已经被擦除了，取而代之的是Object。那以前的String和Integer的泛型信息去哪儿了呢？可能这个时候你会灵光一闪，那是否是全部的泛型在被擦除以后都会变成Object呢？别着急，继续往下看。

当咱们在泛型上面使用了上界通配符之后，会有什么状况发生呢？咱们将Generic类改为以下形式。

public class Generic<T extends String> {
    T data;

    public Generic(T data) {
        setData(data);
    }

    public T getData() {
        return data;
    }

    public void setData(T data) {
        this.data = data;
    }
}

而后再次使用反射来查看泛型擦除以后类型。此次控制台会输出type: java.lang.String。能够看到，若是咱们给泛型类制定了上限，泛型擦除以后就会被替换成类型的上限。而若是没有指定，就会统一的被替换成Object。相应的，泛型类中定义的方法的类型也是如此。

6. 写在最后

若是各位发现文章中有问题的，欢迎你们不吝赐教，我会及时的更正。

参考：

1. Java语言类型擦除
2. 下界通配符
3. List<?>和List 的区别

往期文章：

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