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你真的懂Java泛型吗?

你真的懂Java泛型吗?

作者: java高级编程中心 | 来源:发表于2019-05-10 22:23 被阅读15次

    泛型实现参数化类型 的概念,使代码可以应用于多种类型,解除类或方法与所使用的类型之间的约束。在JDK 1.5开始引入了泛型,但Java实现泛型的方式与C++或C#差异很大。在平常写代码用到泛型时,仿佛一切都来得如此理所当然。但其实Java泛型还是有挺多tricky的东西的,编译器在背后为我们做了很多事。下面我们来看看有关Java泛型容易忽视的点。

    泛型不支持协变

    什么是协变?举个例子。

    class Fruit{}

    class Apple extends Fruit{}

    Fruit[] fruit = new Apple[10]; // OK

    子类数组可以赋给父类数组的引用。但泛型是不支持这种协变的。

    ArrayList flist = new ArrayList(); // 无法通过编译

    但我们可以使用通配符来解决

    ArrayList flist = new ArrayList();// 使用通配符解决协变问题

    通配符

    上界通配符

    List flist = Arrays.asList(new Apple());

    Apple a = (Apple)flist.get(0); // No warning

    flist.contains(new Apple()); // Argument is ‘Object’

    flist.indexOf(new Apple()); // Argument is ‘Object’

    //flist.add(new Apple());   无法编译

    List 表示某种特定类型 ( Fruit 或者其子类 ) 的 List,但是编译器并不关心(不知道)这个实际的具体类型到底是什么。值得注意的是,这并不意味着这个List可以持有Fruit的任意类型!

    由于List的具体类型是并不确定的,而且Java泛型是不支持协变的,因此带有泛型类型参数的方法都无法正常调用。比如 add(T item); ,即使是传Object也无法通过编译。

    但对于返回类型是泛型的方法,比如 T get(int index); ,返回值类型与上界类型一样。如上面示例代码调用的 flist.get(0) 返回值是Fruit类型的。

    下界通配符

    static void add(List list) {

    //        list.add(new Fruit()); // 无法编译

    Object object = list.get(0);// pass

    }

    代码中的

    List list 表明list持有的类型是Apple的父类类型,但与上界通配符类似,这并不意味list可以持有Apple任意的子类类型的对象,编译器并不知道list具体的类型是什么。因此, list.add(new Fruit()); 不能编译了。

    无界通配符

    List list 表示 list 是持有某种特定类型的 List,但是不知道具体是哪种类型。而单独的 List list ,也是没有传入泛型参数,表示这个 list 持有的元素的类型是 Object 。

    所有泛型信息都被擦除了吗

    所谓的擦除,仅仅是对方法的Code属性中的字节码(也是方法内的逻辑代码)进行擦除,实际上元数据(类和接口的声明,类字段的声明)中还是保留了泛型信息。

    引用 R大 的话是:

    位于声明一侧的,源码里写了什么到运行时能看到什么;

    位于使用一侧的,源码里写什么到运行时都没了。

    public class GenericClass {                // 1

    private List list;                     // 2

    private Map map;               // 3

    public U genericMethod(Map m) { // 4

    List list = new ArrayList<>(); // 5

    return null;

    }

    }

    上面的代码中,注释1到注释4的T和U是保留在Class文件当中的,源码是什么,那么通过反射获取得到的是什么。也是说,在运行时,是无法获取到具体的T和U是什么类型的。

    但运行时,在方法内部的局部变量的泛型信息是被全部擦除的。如上的注释5中的list的具体类型是无法在运行时获取到的。

    真的无法获取到泛型类型吗

    当时头条的面试官问过我这个问题,我当时对泛型的认识比较浅薄,以为编译器会将所有的泛型信息擦除,那么运行时也无能获取到具体的泛型类型了。但其实并不是这样,如上面介绍到,JDK1.5之后,Class的格式有变化,编译器会将声明的类,接口,方法的泛型信息保留到字节码当中。那么通过反射,这些信息还是可以获取到的。但要获取到具体的泛型类型,一般也只能获取到继承父类所使用的泛型类型。

    比如:

    public class SubClass extends Base { }

    那么Base所绑定的泛型类型可以被获取到的。对SubClass.class调用 getGenericSuperclass 可以获取到T所绑定的类型。

    Type type = SubClass.class.getGenericSuperclass();

    Type targ = ((ParameterizedType) type).getActualTypeArguments()[0];

    System.out.println(type); // SubClass

    System.out.println(targ); // class java.lang.String

    具体的用法可以参考Gson和Guice的源码:

    https://github.com/google/guice/blob/abc78c361d9018da211690b673accb580a52abf2/core/src/com/google/inject/TypeLiteral.java#L94

    https://github.com/google/gson/blob/master/gson/src/main/java/com/google/gson/internal/%24Gson%24Types.java

    桥方法

    为了使Java的泛型方法生成的字节码与1.5以前的字节码相兼容,由编译期自己生成的方法。顾名思义,桥方法是一座桥,沟通着泛型与多态。

    可以通过 Method.isBridge() 方法来判断一个方法是否是桥接方法,在字节码中桥接方法会被标记为 ACC_BRIDGE 和 ACC_SYNTHETIC 。

    public class Fruit {

    T value;

    public T getValue() {

    return value;

    }

    }

    public class Apple extends Fruit {

    @Override

    public String getValue() {

    return "foo was call";

    }

    }

    反编译生成的字节码:

    public class Apple extends Fruit {

    public Apple();

    Code:

    0: aload_0

    1: invokespecial #1                  // Method Fruit."":()V

    4: return

    public java.lang.String getValue();

    Code:

    0: ldc           #2                  // String calling

    2: areturn

    public java.lang.Object getValue();

    Code:

    0: aload_0

    1: invokevirtual #3                  // Method getValue:()Ljava/lang/String;

    4: areturn

    }

    编译器为我们自动生成了有一个桥方法,这个桥方法返回类型为Object,内部调用了我们自定义的另一个getValue方法。

    在Java代码中,方法的特征签名只包括方法名称,参数顺序和参数类型,而字节码中的特征签名还包括方法返回值和受查异常表。因此,桥方法 public Object getValue() 与 public String getValue() 是可以被JVM区分而在同一个Class文件中共存的。

    由于编译期泛型擦除机制,在父类中带泛型参数的方法会被替换成Object类型。要让子类重写父类带泛型参数的方法,需要通过桥方法直接复写父类的方法,然后桥方法再调用子类自定义的方法,以上面作为例子,子类Apple中的桥方法 public Object getValue() 直接override父类Fruit的 public Object getValue() ,然后桥方法内部再调用子类Apple的 public String getValue() 。因此,Java利用桥方法在保证多态机制不被破坏情况下实现了泛型。

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