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。
     如

interface Comparable <A> { 
  public int compareTo( A that); 
} 
final class NumericValue implements Comparable <NumericValue> { 
  priva te byte value;  
  public  NumericValue (byte value) { this.value = value; }  
  public  byte getValue() { return value; }  
  public  int compareTo( NumericValue t hat) { 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 );  
  } 
}

经过类型擦除后的类型为
 interface Comparable { 

  public int compareTo( Object that); 
} 
final class NumericValue implements Comparable { 
  priva te byte value;  
  public  NumericValue (byte value) { this.value = value; }  
  public  byte getValue() { return value; }  
  public  int compareTo( NumericValue t hat)   { return this.value - that.value; } 
  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！
    import java.util.*;

    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？

import java.util.*;

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。

评论

6 楼 zslin2011 2015-02-03  

justjavac 写道

zslin2011 写道

所有泛型类的类型参数在编译时都会被擦除？和普通类没区别了，那么编译器怎么知道List是泛型类，String不是泛型类？String<String> str = new <String>String("String");

无法知道。

你未理解我的意思，编译器肯定知道List是泛型类，String不是泛型类，因为，它可以对List弹出泛型提示，所以猜测在字节码文件中还是存储了泛型信息的。而且通过Java的反射机制也可以获取到该类的泛型信息，所以“所有泛型类的类型参数在编译时都会被擦除”这句话有问题。

5 楼 justjavac 2014-09-04  

zslin2011 写道

所有泛型类的类型参数在编译时都会被擦除？和普通类没区别了，那么编译器怎么知道List是泛型类，String不是泛型类？String<String> str = new <String>String("String");

无法知道。

4 楼 zslin2011 2014-08-10  

虚拟机中没有泛型，只有普通类和普通方法?没有泛型？可以反射到泛型的信息怎么解释？

3 楼 zslin2011 2014-08-10  

所有泛型类的类型参数在编译时都会被擦除？和普通类没区别了，那么编译器怎么知道List是泛型类，String不是泛型类？String<String> str = new <String>String("String");

2 楼 zqb666kkk 2014-03-08  

写的 真好 我看了 java核心技术基础篇 泛型类型擦除这块 看的很模糊
看了你的文章后 明白了 很多

1 楼 carlzhao531 2013-10-25  

大神你为何这么吊，看了你的文章豁然开朗