Java中泛型类型擦除

时间 2019-12-13

标签 java 类型擦除栏目 Java 繁體版

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Java 泛型（Generic）的引入增强了参数类型的安全性，减小了类型的转换，但有一点须要注意：Java 的泛型在编译器有效，在运行期被删除，也就是说全部泛型参数类型在编译后都会被清除掉，看下面一个列子，代码以下：java

public class Foo {  
    public void listMethod(List<String> stringList){  
    }  
    public void listMethod(List<Integer> intList) {  
    }  
}

　　代码很简单，看起来没什么问题，可是编译器却报出以下错误信息：api

Method listMethod(List<String>) has the same erasure listMethod(List<E>) as another method in type Foo数组

此错误的意思是说listMethod(List<String>) 方法在编译时擦除类型后的方法是listMethod(List<E>)，它与另一个方法重复，也就是方法签名重复。反编译以后的方法代码以下：安全

public void listMethod(List list)  
{  
}

　　从上面代码能够看出 Java 编译后的字节码中已经没有泛型的任何信息，在编译后全部的泛型类型都会作相应的转化，转化以下：

List<String>、List<T> 擦除后的类型为 List。
List<String>[]、List<T>[] 擦除后的类型为 List[]。
List<? extends E>、List<? super E> 擦除后的类型为 List<E>。
List<T extends Serialzable & Cloneable> 擦除后类型为 List<Serializable>。

Java 为何这么处理呢？有如下两个缘由：oracle

避免 JVM 的大换血。若是 JVM 将泛型类型延续到运行期，那么到运行期时 JVM 就须要进行大量的重构工做了，提升了运行期的效率。
版本兼容。在编译期擦除能够更好地支持原生类型（Raw Type）。

明白了 Java 泛型是类型擦除的，下面的问题就很好理解了：ui

（1）泛型的 class 对象是相同的spa

每一个类都有一个 class 属性，泛型化不会改变 class 属性的返回值，例如：.net

public static void main(String[] args) {  
    List<String> ls = new ArrayList<String>();  
    List<Integer> li = new ArrayList<Integer>();  
    System.out.println(ls.getClass() == li.getClass());  
}

　　代码返回值为 true，缘由很简单，List<String> 和 List<Integer> 擦除后的类型都是 List。code

（2）泛型数组初始化时不能声明泛型类型

以下代码编译时通不过：

List<String>[] list = new List<String>[];

　　在这里能够声明一个带有泛型参数的数组，可是不能初始化该数组，由于执行了类型擦除操做后，List<Object>[] 与 List<String>[] 就是同一回事了，编译器拒绝如此声明。

（3） instanceof 不容许存在泛型参数

如下代码不能经过编译，缘由同样，泛型类型被擦除了。

List<String> list = new ArrayList<String>();  
System.out.println(list instanceof List<String>)

错误信息以下：

Cannot perform instanceof check against parameterized type List<String>. Use the form List<?> instead since further generic type information will be erased at runtime

如下转自：Java泛型：类型檫除、模板和泛型传递

类型擦除

正确理解泛型概念的首要前提是理解类型擦除（type erasure）。 Java中的泛型基本上都是在编译器这个层次来实现的。在生成的Java字节代码中是不包含泛型中的类型信息的。使用泛型的时候加上的类型参数，会被编译器在编译的时候去掉。这个过程就称为类型擦除。如在代码中定义的List<Object>和List<String>等类型，在编译以后都会变成List。JVM看到的只是List，而由泛型附加的类型信息对JVM来讲是不可见的。Java编译器会在编译时尽量的发现可能出错的地方，可是仍然没法避免在运行时刻出现类型转换异常的状况。类型擦除也是Java的泛型实现方式与C++模板机制实现方式之间的重要区别。

不少泛型的奇怪特性都与这个类型擦除的存在有关，包括：

泛型类并无本身独有的Class类对象。好比并不存在List<String>.class或是List<Integer>.class，而只有List.class。
静态变量是被泛型类的全部实例所共享的。对于声明为MyClass<T>的类，访问其中的静态变量的方法仍然是 MyClass.myStaticVar。不论是经过new MyClass<String>仍是new MyClass<Integer>建立的对象，都是共享一个静态变量。
泛型的类型参数不能用在Java异常处理的catch语句中。由于异常处理是由JVM在运行时刻来进行的。因为类型信息被擦除，JVM是没法区分两个异常类型MyException<String>和MyException<Integer>的。对于JVM来讲，它们都是 MyException类型的。也就没法执行与异常对应的catch语句。

类型擦除的基本过程也比较简单，首先是找到用来替换类型参数的具体类。这个具体类通常是Object。若是指定了类型参数的上界的话，则使用这个上界。把代码中的类型参数都替换成具体的类。同时去掉出现的类型声明，即去掉<>的内容。好比T get()方法声明就变成了Object get()；List<String>就变成了List。接下来就可能须要生成一些桥接方法（bridge method）。这是因为擦除了类型以后的类可能缺乏某些必须的方法。好比考虑下面的代码：

class MyString implements Comparable<String> {
    public int compareTo(String str) {        
        return 0;    
    }
}

当类型信息被擦除以后，上述类的声明变成了class MyString implements Comparable。可是这样的话，类MyString就会有编译错误，由于没有实现接口Comparable声明的int compareTo(Object)方法。这个时候就由编译器来动态生成这个方法。

实例分析

了解了类型擦除机制以后，就会明白编译器承担了所有的类型检查工做。编译器禁止某些泛型的使用方式，正是为了确保类型的安全性。以上面提到的List<Object>和List<String>为例来具体分析：

public void inspect(List<Object> list) {    
    for (Object obj : list) {        
        System.out.println(obj);    
    }    
    list.add(1); //这个操做在当前方法的上下文是合法的。 
}
public void test() {    
    List<String> strs = new ArrayList<String>();    
    inspect(strs); //编译错误 
}

这段代码中，inspect方法接受List<Object>做为参数，当在test方法中试图传入List<String>的时候，会出现编译错误。假设这样的作法是容许的，那么在inspect方法就能够经过list.add(1)来向集合中添加一个数字。这样在test方法看来，其声明为List<String>的集合中却被添加了一个Integer类型的对象。这显然是违反类型安全的原则的，在某个时候确定会抛出ClassCastException。所以，编译器禁止这样的行为。编译器会尽量的检查可能存在的类型安全问题。对于肯定是违反相关原则的地方，会给出编译错误。当编译器没法判断类型的使用是否正确的时候，会给出警告信息。

通配符与上下界

在使用泛型类的时候，既能够指定一个具体的类型，如List<String>就声明了具体的类型是String；也能够用通配符?来表示未知类型，如List<?>就声明了List中包含的元素类型是未知的。通配符所表明的实际上是一组类型，但具体的类型是未知的。List<?>所声明的就是全部类型都是能够的。可是List<?>并不等同于List<Object>。List<Object>实际上肯定了List中包含的是Object及其子类，在使用的时候均可以经过Object来进行引用。而List<?>则其中所包含的元素类型是不肯定。其中可能包含的是String，也多是 Integer。若是它包含了String的话，往里面添加Integer类型的元素就是错误的。正由于类型未知，就不能经过new ArrayList<?>()的方法来建立一个新的ArrayList对象。由于编译器没法知道具体的类型是什么。可是对于 List<?>中的元素确老是能够用Object来引用的，由于虽然类型未知，但确定是Object及其子类。考虑下面的代码：

public void wildcard(List<?> list) {
    list.add(1);//编译错误 
}

如上所示，试图对一个带通配符的泛型类进行操做的时候，老是会出现编译错误。其缘由在于通配符所表示的类型是未知的。

由于对于List<?>中的元素只能用Object来引用，在有些状况下不是很方便。在这些状况下，可使用上下界来限制未知类型的范围。如List<? extends Number>说明List中可能包含的元素类型是Number及其子类。而List<? super Number>则说明List中包含的是Number及其父类。当引入了上界以后，在使用类型的时候就可使用上界类中定义的方法。好比访问 List<? extends Number>的时候，就可使用Number类的intValue等方法。

类型系统

在Java中，你们比较熟悉的是经过继承机制而产生的类型体系结构。好比String继承自Object。根据Liskov替换原则，子类是能够替换父类的。当须要Object类的引用的时候，若是传入一个String对象是没有任何问题的。可是反过来的话，即用父类的引用替换子类引用的时候，就须要进行强制类型转换。编译器并不能保证运行时刻这种转换必定是合法的。这种自动的子类替换父类的类型转换机制，对于数组也是适用的。 String[]能够替换Object[]。可是泛型的引入，对于这个类型系统产生了必定的影响。正如前面提到的List<String>是不能替换掉List<Object>的。

引入泛型以后的类型系统增长了两个维度：一个是类型参数自身的继承体系结构，另一个是泛型类或接口自身的继承体系结构。第一个指的是对于 List<String>和List<Object>这样的状况，类型参数String是继承自Object的。而第二种指的是 List接口继承自Collection接口。对于这个类型系统，有以下的一些规则：

相同类型参数的泛型类的关系取决于泛型类自身的继承体系结构。即List<String>是Collection<String> 的子类型，List<String>能够替换Collection<String>。这种状况也适用于带有上下界的类型声明。
当泛型类的类型声明中使用了通配符的时候，其子类型能够在两个维度上分别展开。如对Collection<? extends Number>来讲，其子类型能够在Collection这个维度上展开，即List<? extends Number>和Set<? extends Number>等；也能够在Number这个层次上展开，即Collection<Double>和 Collection<Integer>等。如此循环下去，ArrayList<Long>和 HashSet<Double>等也都算是Collection<? extends Number>的子类型。
若是泛型类中包含多个类型参数，则对于每一个类型参数分别应用上面的规则。

理解了上面的规则以后，就能够很容易的修正实例分析中给出的代码了。只须要把List<Object>改为List<?>便可。List<String>是List<?>的子类型，所以传递参数时不会发生错误。

开发本身的泛型类

泛型类与通常的Java类基本相同，只是在类和接口定义上多出来了用<>声明的类型参数。一个类能够有多个类型参数，如 MyClass<X, Y, Z>。每一个类型参数在声明的时候能够指定上界。所声明的类型参数在Java类中能够像通常的类型同样做为方法的参数和返回值，或是做为域和局部变量的类型。可是因为类型擦除机制，类型参数并不能用来建立对象或是做为静态变量的类型。考虑下面的泛型类中的正确和错误的用法。

class ClassTest<X extends Number, Y, Z> {    
    private X x;    
    private static Y y; //编译错误，不能用在静态变量中    
    public X getFirst() {
        //正确用法        
        return x;    
    }    
    public void wrong() {        
        Z z = new Z(); //编译错误，不能建立对象    
    }
}

泛型传递

即泛型能够看成参数在不一样的实例化的类中传递，理论上来讲能够无限制层次的传递下去。最终会约束每一层的方法或者类型的泛型肯定，在《泛型传递》这篇文章中对具体的用法进行详尽的描述。

最佳实践

在使用泛型的时候能够遵循一些基本的原则，从而避免一些常见的问题。

在代码中避免泛型类和原始类型的混用。好比List<String>和List不该该共同使用。这样会产生一些编译器警告和潜在的运行时异常。当须要利用JDK 5以前开发的遗留代码，而不得不这么作时，也尽量的隔离相关的代码。
在使用带通配符的泛型类的时候，须要明确通配符所表明的一组类型的概念。因为具体的类型是未知的，不少操做是不容许的。
泛型类最好不要同数组一块使用。你只能建立new List<?>[10]这样的数组，没法建立new List<String>[10]这样的。这限制了数组的使用能力，并且会带来不少费解的问题。所以，当须要相似数组的功能时候，使用集合类便可。
不要忽视编译器给出的警告信息。

Java中泛型 类型擦除