泛型常用特点

首先,Java有泛型这一个概念,初衷是为了保证在运行时出现的错误能提早放到编译时检查。

1)Java泛型

开发人员在使用泛型的时候,很容易根据自己的直觉而犯一些错误。比如一个方法如果接收List作为形式参数,那么如果尝试将一个List的对象作为实际参数传进去,却发现无法通过编译。虽然从直觉上来说,Object是String的父类,这种类型转换应该是合理的。但是实际上这会产生隐含的类型转换问题,因此编译器直接就禁止这样的行为。

2)实现方式:类型擦除

Java中的泛型基本上都是在编译器这个层次来实现的,在生成的Java字节代码中是不包含泛型中的类型信息的。

使用泛型的时候加上的类型参数,会被编译器在编译的时候去掉,这个过程就称为类型擦除。

如在代码中定义的List和List等类型,在编译之后都会变成List。JVM看到的只是List,而由泛型附加的类型信息对JVM来说是不可见的。Java编译器会在编译时尽可能的发现可能出错的地方,但是仍然无法避免在运行时刻出现类型转换异常的情况。

很多泛型的奇怪特性都与这个类型擦除的存在有关,包括:

  1. 泛型类并没有自己独有的Class类对象。比如并不存在List.class或是List.class,而只有List.class。

  2. 静态变量是被泛型类的所有实例所共享的。对于声明为MyClass的类,访问其中的静态变量的方法仍然是 MyClass.myStaticVar。不管是通过new MyClass还是new MyClass创建的对象,都是共享一个静态变量。

  3. 泛型的类型参数不能用在Java异常处理的catch语句中。因为异常处理是由JVM在运行时刻来进行的。由于类型信息被擦除,JVM是无法区分两个异常类型MyException和MyException的。对于JVM来说,它们都是 MyException类型的。也就无法执行与异常对应的catch语句。

类型擦除的基本过程也比较简单,首先是找到用来替换类型参数的具体类。这个具体类一般是Object。如果指定了类型参数的上界的话,则使用这个上界。把代码中的类型参数都替换成具体的类。同时去掉出现的类型声明,即去掉<>的内容。比如T get()方法声明就变成了Object get();List就变成了List。接下来就可能需要生成一些桥接方法(bridge method)。这是由于擦除了类型之后的类可能缺少某些必须的方法。比如考虑下面的代码:

  class MyString implements Comparable {
      public int compareTo(String str) {        
          return 0;    
      }
  }

当类型信息被擦除之后,上述类的声明变成了
class MyString implements Comparable
但是这样的话,类MyString就会有编译错误,因为没有实现接口Comparable声明的int compareTo(Object)方法。这个时候就由编译器来动态生成这个方法。

3)泛型的检测:不符合泛型T的检测

在进行编译之前就对所有泛型进行检测,加入类型检测和转换的指令,比如返回泛型的结果实际上返回的是擦出后的类型,而虚拟机会多加一个类型转换的指令。

4)需要泛型之间的类型转换怎么做?通配符?与PECS

  1. 如果你是想遍历collection,并对每一项元素操作时,此时这个集合时生产者(生产元素),应该使用 Collection,因为相对于你泛型E,能放进E中的(把Collection中的元素放入E类型中) ,应该是E的子类型。

  2. 如果你是想添加元素到collection中去,那么此时集合时消费者(消费元素)应该使用Collection,同理,你要将E类的元素放入Collection中去,那么Collection应该存放的是E的父类型。

5)泛型与多态的冲突

现在有这样一个泛型类:

class Pair {
    private T value;
    public T getValue() {
        return value;
    }
    public void setValue(T value) {
        this.value = value;
    }
}

然后我们想要一个子类继承它


class DateInter extends Pair {
    @Override
    public void setValue(Date value) {
        super.setValue(value);
    }
    @Override
    public Date getValue() {
        return super.getValue();
    }

在这个子类中,我们设定父类的泛型类型为Pair,在子类中,我们覆盖了父类的两个方法,我们的原意是这样的:
将父类的泛型类型限定为Date,那么父类里面的两个方法的参数都为Date类型:

public Date getValue() {
        return value;
    }
    public void setValue(Date value) {
        this.value = value;
    }

所以,我们在子类中重写这两个方法一点问题也没有,实际上,从他们的@Override标签中也可以看到,一点问题也没有,实际上是这样的吗?

分析:

实际上,类型擦除后,父类的的泛型类型全部变为了原始类型Object,所以父类编译之后会变成下面的样子:

class Pair {
    private Object value;
    public Object getValue() {
        return value;
    }
    public void setValue(Object  value) {
        this.value = value;
    }
}

再看子类的两个重写的方法的类型:

@Override
    public void setValue(Date value) {
        super.setValue(value);
    }
    @Override
    public Date getValue() {
        return super.getValue();
    }

先来分析setValue方法,父类的类型是Object,而子类的类型是Date,参数类型不一样,这如果实在普通的继承关系中,根本就不会是重写,而是重载。
我们在一个main方法测试一下:

public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
        DateInter dateInter=new DateInter();
        dateInter.setValue(new Date());                
        dateInter.setValue(new Object());//编译错误
 }

如果是重载,那么子类中两个setValue方法,一个是参数Object类型,一个是Date类型,可是我们发现,根本就没有这样的一个子类继承自父类的Object类型参数的方法。所以说,却是是重写了,而不是重载了。

为什么会这样呢?

原因是这样的,我们传入父类的泛型类型是Date,Pair,我们的本意是将泛型类变为如下:

class Pair {
    private Date value;
    public Date getValue() {
        return value;
    }
    public void setValue(Date value) {
        this.value = value;
    }
}

然后再子类中重写参数类型为Date的那两个方法,实现继承中的多态。
可是由于种种原因,虚拟机并不能将泛型类型变为Date,只能将类型擦除掉,变为原始类型Object。这样,我们的本意是进行重写,实现多态。可是类型擦除后,只能变为了重载。这样,类型擦除就和多态有了冲突。JVM知道你的本意吗?知道!!!可是它能直接实现吗,不能!!!如果真的不能的话,那我们怎么去重写我们想要的Date类型参数的方法啊。

于是JVM采用了一个特殊的方法,来完成这项功能,那就是桥方法。

首先,我们用javap -c className的方式反编译下DateInter子类的字节码,结果如下:

class com.tao.test.DateInter extends com.tao.test.Pair {
  com.tao.test.DateInter();
    Code:
       0: aload_0
       1: invokespecial #8                  // Method com/tao/test/Pair.""
:()V
       4: return
 
  public void setValue(java.util.Date);  //我们重写的setValue方法
    Code:
       0: aload_0
       1: aload_1
       2: invokespecial #16                 // Method com/tao/test/Pair.setValue
:(Ljava/lang/Object;)V
       5: return
 
  public java.util.Date getValue();    //我们重写的getValue方法
    Code:
       0: aload_0
       1: invokespecial #23                 // Method com/tao/test/Pair.getValue
:()Ljava/lang/Object;
       4: checkcast     #26                 // class java/util/Date
       7: areturn
 
  public java.lang.Object getValue();     //编译时由编译器生成的巧方法
    Code:
       0: aload_0
       1: invokevirtual #28                 // Method getValue:()Ljava/util/Date 去调用我们重写的getValue方法
;
       4: areturn
 
  public void setValue(java.lang.Object);   //编译时由编译器生成的巧方法
    Code:
       0: aload_0
       1: aload_1
       2: checkcast     #26                 // class java/util/Date
       5: invokevirtual #30                 // Method setValue:(Ljava/util/Date;   去调用我们重写的setValue方法
)V
       8: return
}

从编译的结果来看,我们本意重写setValue和getValue方法的子类,竟然有4个方法,其实不用惊奇,最后的两个方法,就是编译器自己生成的桥方法。可以看到桥方法的参数类型都是Object,也就是说,子类中真正覆盖父类两个方法的就是这两个我们看不到的桥方法。而打在我们自己定义的setvalue和getValue方法上面的@Oveerride只不过是假象。而桥方法的内部实现,就只是去调用我们自己重写的那两个方法。
所以,虚拟机巧妙的使用了巧方法,来解决了类型擦除和多态的冲突。

不过,要提到一点,这里面的setValue和getValue这两个桥方法的意义又有不同。

setValue方法是为了解决类型擦除与多态之间的冲突。

而getValue却有普遍的意义,怎么说呢,如果这是一个普通的继承关系:

那么父类的setValue方法如下:

public Object getValue() {
        return super.getValue();
    }

而子类重写的方法是:

public Date getValue() {
        return super.getValue();
    }

其实这在普通的类继承中也是普遍存在的重写,这就是协变。
关于协变:。。。。。。

并且,还有一点也许会有疑问,子类中的巧方法 Object getValue()和Date getValue()是同 时存在的,可是如果是常规的两个方法,他们的方法签名是一样的,也就是说虚拟机根本不能分别这两个方法。如果是我们自己编写Java代码,这样的代码是无法通过编译器的检查的,但是虚拟机却是允许这样做的,因为虚拟机通过参数类型和返回类型来确定一个方法,所以编译器为了实现泛型的多态允许自己做这个看起来“不合法”的事情,然后交给虚拟器去区别。

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