你真的懂Java泛型吗

Posted 2022-11-13 TellH

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

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> 
    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。

参考

• https://segmentfault.com/a/1190000005337789
• http://rednaxelafx.iteye.com/blog/586212
• http://blog.csdn.net/mhmyqn/article/details/47342577#
• http://blog.csdn.net/lonelyroamer/article/details/7868820