夯实Spring系列|第二十一章：Spring 泛型处理（Generic Resolution）

夯实Spring系列|第二十一章：Spring 泛型处理（Generic Resolution）

本章说明

本章主要是介绍 Spring 中泛型的一些设计细节，以及一些关键 API 的使用。

1.项目环境

• jdk 1.8
• spring 5.2.2.RELEASE
• github 地址：https://github.com/huajiexiewenfeng/thinking-in-spring
  • 本章模块：generic

2.Java 泛型基础

泛型类型

• 泛型类型是在类型上参数化的泛型类或者接口

泛型使用场景

• 编译时强类型检查
• 避免类型强转
• 实现通用算法

泛型类型擦写

泛型被引入到 Java 语言中，以便在编译是提供更严格的类型检查并支持泛型编程。类型擦除确保不会为参数化类型创建新类；因此，泛型不会产生运行时开销。

为了实现泛型，编译器将类型擦除应用于：

• 将泛型类型中的所有类型参数替换为其边界，如果类型参数是无边界的，则将其替换为 Object 。因此，生产的字节码只包含普通类、接口和方法
• 必要时插入类型转换以保持类型安全
• 生成桥接方法时以保留扩展泛型类型中的多态性

2.1 举例说明

集合场景

public interface Collection<E> extends Iterable<E> {
    ...
    boolean addAll(Collection<? extends E> c);
    ...

• 可以保证参数的边界，E 或者 E 的子类，同时也确保的了多态性
• E 表示插入元素类型，做一个类型的约束

2.2 代码示例

public class GenericDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // Java 7 Diamond 语法
        Collection<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("Hello");
        list.add("World");
        // 编译时错误
//        list.add(1);

        // 通过下面的方式可以欺骗编译器
        // 泛型擦写
        Collection temp = list;
        // 编译通过
        temp.add(1);

        System.out.println(list);
    }
}

3.Java 5 类型接口

Java 5 类型接口 - java.lang.reflect.Type

派生类或接口	说明
java.lang.Class	Java 类 API，如 java.lang.String
java.lang.reflect.GenericArrayType	泛型数组类型
java.lang.reflect.ParameterizedType	泛型参数类型
java.lang.reflect.TypeVariable	泛型类型变量，Collection 中的 E
java.lang.reflect.WildcardType	泛型通配类型

Java 泛型反射 API

类型	API
泛型信息（Generics Info）	java.lang.Class#getGenericInfo
泛型参数（Parameters）	java.lang.reflect.ParameterizedType
泛型父类（Super Classes）	java.lang.Class#getGenericSuperclass
泛型接口（Interfaces）	java.lang.Class#getGenericInterfaces
泛型声明（Generics Declaration）	java.lang.reflect.GenericDeclaration

API 使用示例

public class GenericAPIDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 原生类型 primitive types ：int long float ...
        Class intClass = int.class;

        // 数组类型 array types：int[],Object[]
        Class objectArrayClass = Object[].class;

        // 原始类型 raw types：java.lang.String
        Class rawClass = String.class;

        System.out.printf("原生类型：[%s]\n数组类型：[%s]\n原始类型：[%s]\n", intClass, objectArrayClass, rawClass);

        // 泛型参数类型 parameterized type
        ParameterizedType parameterizedType = (ParameterizedType)ArrayList.class.getGenericSuperclass();

        System.out.println(parameterizedType.toString());
        Type[] typeVariables = parameterizedType.getActualTypeArguments();
        Stream.of(typeVariables).map(TypeVariable.class::cast).forEach(System.out::println);
    }
}

执行结果：

原生类型：[int]
数组类型：[class [Ljava.lang.Object;]
原始类型：[class java.lang.String]
java.util.AbstractList
E

4.Spring 泛型类型辅助类

• 核心 API - org.springframework.core.GenericTypeResolver - Spring 2.5.2+
  • 处理类型（Type）相关方法
    • org.springframework.core.GenericTypeResolver#resolveReturnType
    • org.springframework.core.GenericTypeResolver#resolveType(java.lang.reflect.Type, java.lang.Class)
  • 处理泛型参数类型（ParameterizedType）相关方法
    • org.springframework.core.GenericTypeResolver#resolveReturnTypeArgument
    • org.springframework.core.GenericTypeResolver#resolveTypeArgument
    • org.springframework.core.GenericTypeResolver#resolveTypeArguments
  • 处理泛型类型变量（TypeVariable）相关方法
    • getTypeVariableMap

API 操作示例

public class GenericTypeResolverDemo {
    public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException {
        Class clazz = GenericTypeResolverDemo.class;
        System.out.println("======1=======");
        displayReturnTypeGenericInfo(clazz, List.class, "getString", null);
        // String 是 Comparable 接口的具体化
        // public final class String implements java.io.Serializable, Comparable, CharSequence {
        System.out.println("======2=======");
        displayReturnTypeGenericInfo(clazz, Comparable.class, "getString", null);
        System.out.println("======3=======");
        displayReturnTypeGenericInfo(clazz, List.class, "getUsers", null);
        System.out.println("======4=======");
        displayReturnTypeGenericInfo(clazz, List.class, "getStringList", null);
        System.out.println("======5=======");
        displayReturnTypeGenericInfo(clazz, List.class, "getStringList2", null);

        // TypeVariable
        Map<TypeVariable, Type> typeVariableMap = GenericTypeResolver.getTypeVariableMap(StringList.class);
        System.out.println(typeVariableMap);
    }

    public String getString() {
        return "Hello,World";
    }

    public <E> List<E> getUsers() {
        return Collections.emptyList();
    }

    /**
     * 泛型参数的具体化
     *
     * @return
     */
    public List<String> getStringList() {
        return Collections.emptyList();
    }

    /**
     * 泛型参数的具体化
     *
     * @return
     */
    public StringList getStringList2() {
        return null;
    }

    /**
     * 打印返回类型泛型信息
     *
     * @param containingClass 所在的类
     * @param genericIfc      泛型接口
     * @param methodName      方法名称
     * @param arguments       参数
     * @throws NoSuchMethodException
     */
    private static void displayReturnTypeGenericInfo(Class<?> containingClass, Class<?> genericIfc, String methodName, Class... arguments) throws NoSuchMethodException {
        Method method = containingClass.getMethod(methodName, arguments);
        Class<?> returnType = GenericTypeResolver.resolveReturnType(method, containingClass);
        // 常规类作为方法返回值类型
        System.out.println("返回值的类型：" + returnType);
        // 常规类型不具备泛型参数类型
        Class<?> returnTypeArgument = GenericTypeResolver.resolveReturnTypeArgument(method, genericIfc);
        System.out.println("返回参数泛型类型：" + returnTypeArgument);
    }

}

执行结果

======1=======
返回值的类型：class java.lang.String
返回参数泛型类型：null
======2=======
返回值的类型：class java.lang.String
返回参数泛型类型：class java.lang.String
======3=======
返回值的类型：interface java.util.List
返回参数泛型类型：null
Disconnected from the target VM, address: '127.0.0.1:51313', transport: 'socket'
======4=======
返回值的类型：interface java.util.List
返回参数泛型类型：class java.lang.String
======5=======
返回值的类型：class com.huajie.thinking.in.spring.generic.StringList
返回参数泛型类型：class java.lang.String
{T=class java.lang.String, E=class java.lang.String, E=class java.lang.String, E=class java.lang.String, E=class java.lang.String, E=class java.lang.String}

通过结果我们可以得到以下结论：

• 方法返回参数泛型类型必须是具体类型，才能通过 resolveReturnTypeArgument 取到相关信息
• 比如 List
• 或者 class StringList extends ArrayList
• 或者 public final class String implements Comparable

5.Spring 泛型集合类型辅助类

核心 API - GenericCollectionTypeResolver - 该类Spring5.0 之后就被移除了，我们这里就不展开了，替换实现 ResolvableType，下面会进行讨论。

6.Spring 方法参数封装 - MethodParameter

核心 API - org.springframework.core.MethodParameter

• 起始版本 Spring 2.0+
• 元信息
  • 关联的方法 - Method
  • 关联的构造器 - Constructor
  • 构造器或方法参数索引 - parameterIndex
  • 构造器或方法参数类型 - parameterType
  • 构造器或方法参数泛型类型 - genericParameterType
  • 构造器或方法参数名称 - parameterName
  • 所在的类 - containingClass

7.Spring 4.2 泛型优化实现 - ResolvableType

核心 API - org.springframework.core.ResolvableType

• 起始版本 Spring 4.0+
• 扮演角色：GenericTypeResolver 和 GenericCollectionTypeResolver 替代者
• 工厂方法：for* 方法
• 转换方法：as* 方法
• 处理方法：resolve* 方法

Java Doc 中的示例

    private HashMap<Integer, List<String>> myMap;

    public void example() throws NoSuchFieldException {
        ResolvableType t = ResolvableType.forField(getClass().getDeclaredField("myMap"));
        t.getSuperType(); // AbstractMap>
        t.asMap(); // Map>
        t.getGeneric(0).resolve(); // Integer
        t.getGeneric(1).resolve(); // List
        t.getGeneric(1); // List
        t.resolveGeneric(1, 0); // String
    }

使用上个例子中的 StringList 来操作

public class ResolvableTypeDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 工厂创建
        ResolvableType resolvableType = ResolvableType.forClass(StringList.class);

        resolvableType.getSuperType();// ArrayList
        resolvableType.getSuperType().getSuperType();// AbstractList

        System.out.println(resolvableType.asCollection().resolve()); // 获取 Raw 类型
        System.out.println(resolvableType.asCollection().resolveGeneric(0));// 获取泛型参数类型

    }
}

测试结果：

interface java.util.Collection
class java.lang.String

8.ResolvableType 的局限性

局限一：ResolvableType 无法处理泛型擦写

局限二：ResolvableType 无法处理非具体化的 ParameterizedType

9.面试

9.1 Java 泛型擦写发生在编译时还是运行时？

运行时

9.2 Java 5 Type 类型的派生类或者接口有哪些？

第 3 小节 Java 5 类型接口

10.参考

• 极客时间-小马哥《小马哥讲Spring核心编程思想》