Java JVM如何理解Java泛型类

 

/泛型代码 public class Pair<T>{ private T first=null; private T second=null; public Pair(T fir,T sec){ this.first=fir; this.second=sec; } public T getFirst(){ return this.first; } public T getSecond(){ return this.second; } public void setFirst(T fir){ this.first=fir; } }  上面是一个很典型的泛型(generic)代码。T是类型变量，可以是任何引用类型。

1、Generic class 创建对象

            Pair<String> pair1=new Pair("string",1);           ...①

            Pair<String> pair2=new Pair<String>("string",1)    ...②

      有个很有趣的现象:  ①代码在编译期不会出错，②代码在编译期会检查出错误。

      这个问题其实很简单

      (1) Java编译器没有泛型对象这样的一个特殊概念。它会将所有泛型类的对象全部理解成为普通类对象（这一点会在下面详细阐述）。

      比如①,②两个代码编译器全部调用的是 Pair(Object fir, Object sec)这样的构造器。

      因此代码①中的new Pair("string",1)在编译器是没有问题的，毕竟编译器并不知道你创建的Pair类型中具体是哪一个类型变量T，而且编译器肯定了String对象和Integer对象都属于Object类型的。

       但是一段运行pair1.getSecond()就会抛出ClassCastException异常。这是因为JVM会根据第一个参数"string"推算出T类型变量是String类型，这样getSecond也应该是返回String类型，然后编译器已经默认了second的操作数是一个值为1的 Integer类型。当然就不符合JVM的运行要求了，不终止程序才怪。

       (2) 但代码②会在编译器报错，是因为new Pair<String>("string",1)已经指明了创建对象pair2的类型变量T应该是String的。所以在编译期编译器就知道错误出在第二个参数Integer了。

       小结一下：

       创建泛型对象的时候，一定要指出类型变量T的具体类型。争取让编译器检查出错误，而不是留给JVM运行的时候抛出异常。

2、JVM如何理解泛型概念
—— 类型擦除

    事实上，JVM并不知道泛型，所有的泛型在编译阶段就已经被处理成了普通类和方法。

    处理方法很简单，我们叫做类型变量T的擦除(erased)
。

    无论我们如何定义一个泛型类型，相应的都会有一个原始类型被自动提供。原始类型的名字就是擦除类型参数的泛型类型的名字。
         如果泛型类型的类型变量没有限定(<T>)
，那么我们就用Object作为原始类型；

         如果有限定(<T extends XClass>)，我们就XClass作为原始类型；

         如果有多个限定(<T extends XClass1&XClass2>)，我们就用第一个边界的类型变量XClass1类作为原始类型；

    比如上面的Pair<T>例子，编译器会把它当成被Object原始类型替代的普通类来替代。

//编译阶段：类型变量的擦除 public class Pair{ private Object first=null; private Object second=null; public Pair(Object fir,Object sec){ this.first=fir; this.second=sec; } public Object getFirst(){ return this.first; } public Object getSecond(){ return this.second; } public void setFirst(Object fir){ this.first=fir; } }

3、泛型约束和局限性—— 类型擦除所带来的麻烦

(1)  继承泛型类型的多态麻烦。（—— 子类没有覆盖住父类的方法 ）


     看看下面这个类SonPair

class SonPair extends Pair<String>{ public void setFirst(String fir){....} }

     很明显，程序员的本意是想在SonPair类中覆盖父类Pair<String>的setFirst(T fir)这个方法。但事实上，SonPair中的setFirst(String fir)方法根本没有覆盖住Pair<String>中的这个方法。

     原因很简单，Pair<String>在编译阶段已经被类型擦除为Pair了，它的setFirst方法变成了setFirst(Object fir)。 那么SonPair中setFirst(String)当然无法覆盖住父类的setFirst(Object)了。

     这对于多态来说确实是个不小的麻烦，我们看看编译器是如何解决这个问题的。

     编译器 会自动在SonPair中生成一个桥方法(bridge method ) ：

           public void setSecond(Object sec){

                   setSecond((String) sec)

            }

      这样,SonPair的桥方法确实能够覆盖泛型父类的setFirst(Object) 了。而且桥方法内部其实调用的是子类自己的setSecond(String)方法。对于多态来说就没问题了。

      问题还没有完，多态中的方法覆盖是可以了，但是桥方法却带来了一个疑问：


      现在，假设
我们还想在 SonPair中覆盖getSecond()方法呢？

class SonPair extends Pair<String>{ public String getSecond(){....} }

      由于需要桥方法来覆盖父类中的getSecond，编译器会自动在SonPair中生成一个 public Object getSecond()桥方法。

      但是，疑问来了，SonPair中出现了两个方法签名一样的方法(只是返回类型不同)：

            ①String getSecond()   // 自己定义的方法

            ②Object getSecond()  //  编译器生成的桥方法

      难道，编译器允许出现方法签名相同的多个方法存在于一个类中吗？

      事实上有一个知识点可能大家都不知道：

      ① 方法签名 确实只有方法名+参数列表 。这毫无疑问！

      ② 我们绝对不能编写出方法签名一样的多个方法 。如果这样写程序，编译器是不会放过的。这也毫无疑问！

      ③ 最重要的一点是：JVM会用参数类型和返回类型来确定一个方法。
一旦编译器通过某种方式自己编译出方法签名一样的两个方法(只能编译器自己来创造这种奇迹，我们程序员却不能人为的编写这种代码)。JVM还是能够分清楚这些方法的，前提是需要返回类型不一样。

(2) 泛型类型中的方法冲突

       还是来看一段代码：

//在上面代码中加入equals方法 public class Pair<T>{ public boolean equals(T value){ return (first.equals(value)&&second.equals(value)); } }

       有谁会想到这样看似乎没有问题的代码连编译器都通过不了：

       【Error】    Name clash: The method equals(T) of type Pair<T> has the same erasure as equals(Object) of type Object but does not override it。

        编译器说你的方法与Object中的方法冲突了。

总结：泛型代码与JVM
    ① 虚拟机中没有泛型，只有普通类和方法。

    ② 在编译阶段，所有泛型类的类型参数都会被Object或者它们的限定边界来替换。(类型擦除)

    ③ 在继承泛型类型的时候，桥方法的合成是为了避免类型变量擦除所带来的多态灾难。