码猿笔记

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2022/04/14阅读:16主题:全栈蓝

java类型擦除知多少

介绍类型擦除之前先看看以下代码:

public static void genericRemove() throws InvocationTargetException, IllegalAccessException, NoSuchMethodException {
        List<Integer> list = new ArrayList<>();
        list.add(1);

        Method addMethod = list.getClass().getMethod("add", Object.class);
        addMethod.invoke(list , "ff");
    }

你觉得会执行成功吗? 答案是会的。可能你会有疑问,list不是通过泛型限制成Integer类型了吗,怎么会执行成功呢。 泛型是在编译期对类型进行安全检查的,上面是通过反射设值,反射是在运行期起作用的,这就引出了类型擦除的概念了。

何为类型擦除

很多文章在提到类型擦除的时候说的都是泛型擦除,官网用的是Type Erasure直译就是类型擦除。

在编程语言中,类型擦除是加载时过程,在程序运行时执行之前,通过该过程从程序中删除显式类型注释。 不需要程序伴随类型的操作语义称为类型擦除语义,与类型传递语义形成对比。赋予类型擦除语义的可能性是一种抽象原则,确保程序的运行时执行不依赖于类型信息。----维基百科

泛型被引入 Java 语言以在编译时提供更严格的类型检查并支持泛型编程。为了实现泛型,Java 编译器将类型擦除应用于:

  • 如果类型参数是无界的,则将泛型类型中的所有类型参数替换为其边界或Object 。因此,生成的字节码只包含普通的类、接口和方法。
  • 必要时插入类型转换以保持类型安全。
  • 生成桥方法以保留扩展泛型类型中的多态性。

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。

通俗的来说就是JVM不知道泛型的存在,在编译成.class文件后会把限定的泛型替换成object类或者是边界类(比如父类、或者是几个泛型共有的一个父类)。泛型是 jdk 1.5 出现的,为了兼容jdk1.5之前的版本就搞了个类型擦除。

一探究竟

下面通过字节码的形式查看类型擦除。 先定义一个泛型类,GenericClass GenericClass.java

public class GenericClass<T{

    private T data;

    public T getData() {
        return data;
    }

    public void setData(T data) {
        this.data = data;
    }
}

再创建一个测试类:

public class Test {
    public static void main(String[] args) throws InvocationTargetException, IllegalAccessException, NoSuchMethodException {
        GenericClass<String> stringGenericClass = new GenericClass<>();
        stringGenericClass.setData("泛型类data");
        System.out.println(stringGenericClass.getData());

    }
}

查看字节码:

Compiled from "Test.java"
public class generic.Test {
  public generic.Test();
    Code:
       0: aload_0
       1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
       4return

  public static void main(java.lang.String[]) throws java.lang.reflect.InvocationTargetException, java.lang.IllegalAccessException, java.lang.NoSuchMethodException;
    Code:
       0new           #2                  // class generic/GenericClass
       3: dup
       4: invokespecial #3                  // Method generic/GenericClass."<init>":()V
       7: astore_1
       8: aload_1
       9: ldc           #4                  // String 泛型类data
      11: invokevirtual #5                  // Method generic/GenericClass.setData:(Ljava/lang/Object;)V
      14: getstatic     #6                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
      17: aload_1
      18: invokevirtual #7                  // Method generic/GenericClass.getData:()Ljava/lang/Object;
      21: checkcast     #8                  // class java/lang/String
      24: invokevirtual #9                  // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
      27return
}

按理说GenericClass使用泛型限定类型为String,它的getter/setter方法应该是下面这个样子的

public String getData() {
        return data;
}

public void setData(String data) {
        this.data = data;
}

但是通过字节码 第11行Method generic/GenericClass.setData:(Ljava/lang/Object;)V 第18行Method generic/GenericClass.getData:()Ljava/lang/Object; 可以看到GenericClass的getter/setter方法变成了下面这个样子,JVM对泛型进行类型擦除,把String替换成了Object。

public Object getData() {
        return data;
}

public void setData(Object data) {
        this.data = data;
}

类型擦除规则

在类型擦除过程中,Java 编译器擦除所有类型参数,如果类型参数是有界的,则将每个类型参数替换为其第一个边界,如果类型参数是无界的,则将其替换为Object。 以下给出三个栗子来解释这句话。

  1. 类型参数是无界的 还拿GenericClass< T>来说,类型T没有显示的继承或者实现任何接口或者类,那么在进行类型擦除的时候就会把T替换成Object类型。

  2. 类型参数有界 将GenericClass修改为如下形式:

public class GenericClass<T extends Number{

    private T data;
    private GenericClass<T> next;
    //省略getter方法
    public void setNext(GenericClass<T> next) {
        this.next = next;
    }
    public void setData(T data) {
        this.data = data;
    }
}

测试类:

public class Test {

    public static void main(String[] args)  {
        GenericClass<Integer> stringGenericClass = new GenericClass<>();
        stringGenericClass.setData(1);
        stringGenericClass.setNext(new GenericClass<>());
        System.out.println(stringGenericClass.getData());
    }
}

再次查看字节码:

Compiled from "Test.java"
public class generic.Test {
  public generic.Test();
    Code:
       0: aload_0
       1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
       4return

  public static void main(java.lang.String[]);
    Code:
       0new           #2                  // class generic/GenericClass
       3: dup
       4: invokespecial #3                  // Method generic/GenericClass."<init>":()V
       7: astore_1
       8: aload_1
       9: iconst_1
      10: invokestatic  #4                  // Method java/lang/Integer.valueOf:(I)Ljava/lang/Integer;
      13: invokevirtual #5                  // Method generic/GenericClass.setData:(Ljava/lang/Number;)V
      16: aload_1
      17new           #2                  // class generic/GenericClass
      20: dup
      21: invokespecial #3                  // Method generic/GenericClass."<init>":()V
      24: invokevirtual #6                  // Method generic/GenericClass.setNext:(Lgeneric/GenericClass;)V
      27: getstatic     #7                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
      30: aload_1
      31: invokevirtual #8                  // Method generic/GenericClass.getData:()Ljava/lang/Number;
      34: invokevirtual #9                  // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/Object;)V
      37return
}

从字节码可以看到 Method generic/GenericClass.setNext:(Lgeneric/GenericClass;)V Method generic/GenericClass.setData:(Ljava/lang/Number;)V T 被限定为只能是Number的子类,所以在类型擦除的时候data属性的类型被替换成了Number类型。

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