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Java泛型类型擦除


 

 
Java泛型-类型擦除
 
一、概述
 
Java泛型在使用过程有诸多的问题,如不存在List<String>.class, List<Integer>不能赋值给List<Number>(不可协变),奇怪的ClassCastException等。 正确的使用Java泛型需要深入的了解Java的一些概念,如协变,桥接方法,以及这篇笔记记录的类型擦除。Java泛型的处理几乎都在编译器中进行,编译器生成的bytecode是不包涵泛型信息的,泛型类型信息将在编译处理是被擦除,这个过程即类型擦除。
 
二、编译器如何处理泛型?
 
通常情况下,一个编译器处理泛型有两种方式:
 
1.Code specialization。在实例化一个泛型类或泛型方法时都产生一份新的目标代码(字节码or二进制代码)。例如,针对一个泛型list,可能需要 针对string,integer,float产生三份目标代码。
 
2.Code sharing。对每个泛型类只生成唯一的一份目标代码;该泛型类的所有实例都映射到这份目标代码上,在需要的时候执行类型检查和类型转换。
 
C++中的模板(template)是典型的Code specialization实现。C++编译器会为每一个泛型类实例生成一份执行代码。执行代码中integer list和string list是两种不同的类型。这样会导致代码膨胀(code bloat),不过有经验的C++程序员可以有技巧的避免代码膨胀。
 
Code specialization另外一个弊端是在引用类型系统中,浪费空间,因为引用类型集合中元素本质上都是一个指针。没必要为每个类型都产生一份执行代码。而这也是Java编译器中采用Code sharing方式处理泛型的主要原因。
 
Java编译器通过Code sharing方式为每个泛型类型创建唯一的字节码表示,并且将该泛型类型的实例都映射到这个唯一的字节码表示上。将多种泛型类形实例映射到唯一的字节码表示是通过类型擦除(type erasue)实现的。
 
三、 什么是类型擦除?
 
类型擦除指的是通过类型参数合并,将泛型类型实例关联到同一份字节码上。编译器只为泛型类型生成一份字节码,并将其实例关联到这份字节码上。类型擦除的关键在于从泛型类型中清除类型参数的相关信息,并且再必要的时候添加类型检查和类型转换的方法。
 
类型擦除可以简单的理解为将泛型java代码转换为普通java代码,只不过编译器更直接点,将泛型java代码直接转换成普通java字节码。
 
类型擦除的主要过程如下:
 
1.将所有的泛型参数用其最左边界(最顶级的父类型)类型替换。
2.移除所有的类型参数。
 
代码示例:
 
interface Comparable<A> {
public int compareTo(A that);
}
final class NumericValue implements Comparable<NumericValue> {
private byte value;
public NumericValue(byte value) {
this.value = value;
}
public  byte getValue() { 
return value; 
}
public  int compareTo( NumericValue that) { 
return this.value - that.value;
}
}
 
class Collections {
public static <A extends Comparable<A>> A max(Collection<A> xs) {
Iterator<A> xi = xs.iterator();
A w = xi.next();
while (xi.hasNext()) {
A x = xi.next();
if (w.compareTo(x) < 0)
w = x;
}
return w;
}
}
final class Test {
public static void main(String[] args) {
LinkedList<NumericValue> numberList = new LinkedList<NumericValue>();
numberList.add(new NumericValue((byte) 0));
numberList.add(new NumericValue((byte) 1));
NumericValue y = Collections.max(numberList);
}
}
 
 
擦除后信息为:
 
interface Comparable {
public int compareTo(Object that);
}
final class NumericValue implements Comparable {
private byte value;
public NumericValue(byte value) {
this.value = value;
}
public byte getValue() {
return value;
}
public  int compareTo( NumericValue that)   { 
return this.value - that.value; 
}
@Override
public int compareTo(Object that) {
return this.compareTo((NumericValue) that);
}
}
 
class Collections {
public static Comparable max(Collection xs) {
Iterator xi = xs.iterator();
Comparable w = (Comparable) xi.next();
while (xi.hasNext()) {
Comparable x = (Comparable) xi.next();
if (w.compareTo(x) < 0)
w = x;
}
return w;
}
}
final class Test {
public static void main (String[ ] args) {
   LinkedList numberList = new LinkedList();
   numberList .add(new NumericValue((byte)0));  ,
   numberList .add(new NumericValue((byte)1)); 
   NumericValue y = (NumericValue) Collections.max( numberList ); 
 }
}
 
 
第一个泛型类Comparable <A>擦除后 A被替换为最左边界Object。Comparable<NumericValue>的类型参数NumericValue被擦除掉,但是这直
接导致NumericValue没有实现接口Comparable的compareTo(Object that)方法,于是编译器充当好人,添加了一个桥接方法。
 
第二个示例中限定了类型参数的边界<A extends Comparable<A>>A,A必须为Comparable<A>的子类,按照类型擦除的过程,先讲所有的类型参数 ti换为最左边界Comparable<A>,然后去掉参数类型A,得到最终的擦除后结果。
 
四、类型擦除带来的问题
 
正是由于类型擦除的隐蔽存在,直接导致了众多的泛型灵异问题。
 
Q1.用同一泛型类的实例区分方法签名?——NO!
 
public class Erasure {
public void test(List<String> ls) {
System.out.println("Sting");
}
public void test(List<Integer> li) {
System.out.println("Integer");
}
}
 
 
编译该类
 
 
 
参数类型明明不一样啊,一个List<String>,一个是List<Integer>,但是,偷偷的说,type erasure之后,它就都是List了⋯⋯
 
Q2.
同时catch同一个泛型异常类的多个实例?——NO!
 
同理,如果定义了一个泛型一场类GenericException<T>,千万别同时catch GenericException<Integer>
和GenericException<String>,因为他们是一样一样滴⋯⋯
 
Q3.泛型类的静态变量是共享的?——Yes!
 
猜猜这段代码的输出是什么?
 
public class StaticTest{
    public static void main(String[] args){
        GT<Integer> gti = new GT<Integer>();
        gti.var=1;
        GT<String> gts = new GT<String>();
        gts.var=2;
        System.out.println(gti.var);
    }
}
class GT<T>{
    public static int var=0;
    public void nothing(T x){}
}
 
 
答案是——2!由于经过类型擦除,所有的泛型类实例都关联到同一份字节码上,泛型类的所有静态变量是共享的。
 
五、Just remember
 
1.虚拟机中没有泛型,只有普通类和普通方法
 
2.所有泛型类的类型参数在编译时都会被擦除
 
3.创建泛型对象时请指明类型,让编译器尽早的做参数检查(Effective Java,第23条:请不要在新代码中使用原生态类型)
 
4.不要忽略编译器的警告信息,那意味着潜在的ClassCastException等着你。