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你真的懂Java泛型吗


 

 
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<Fruit> flist = new ArrayList<Apple>(); // 无法通过编译
但我们可以使用通配符来解决
 
ArrayList<? extends Fruit> flist = new ArrayList<Apple>();// 使用通配符解决协变问题
通配符
 
上界通配符
 
        List<? extends Fruit> 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<? extends Fruit> 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)返回值就是Fruit类型的。
 
下界通配符
 
    static void add(List<? super Apple> list) {
//        list.add(new Fruit()); // 无法编译
        Object object = list.get(0);// pass
    }
代码中的 
List<? super Apple> 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());就不能编译了。
 
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 ,也就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(也就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大的话就是: 
位于声明一侧的,源码里写了什么到运行时就能看到什么; 
位于使用一侧的,源码里写什么到运行时都没了。
 
public class GenericClass<T> {                // 1  
    private List<T> list;                     // 2  
    private Map<String, T> map;               // 3  
    public <U> U genericMethod(Map<T, U> m) { // 4  
        List<String> 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就是什么。也就是说,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
 
当时今日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,那么运行时也就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<String> { }
 
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<java.lang.String>
        System.out.println(targ); // class java.lang.String
 
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> {
    T value;
    public T getValue() {
        return value;
    }
}
public class Apple extends Fruit<String> {
    @Override
    public String getValue() {
        return "foo was call";
    }
}
 
反编译生成的字节码:
 
public class Apple extends Fruit<java.lang.String> {
  public Apple();
    Code:
       0: aload_0
       1: invokespecial #1                  // Method Fruit."<init>":()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,就以上面作为例子,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。