Java中的泛型和类型擦除

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泛型的实现

通常情况下，一个编译器处理泛型有两种方式：

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。

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。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，会在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，在编译后都会编程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。类型擦除也是Java的泛型实现方法与C++模版机制实现方式之间的重要区别。

public class Test {
public static void main(String[] args) {
ArrayList<String> arrayList1=new ArrayList<String>();
arrayList1.add("abc");
ArrayList<Integer> arrayList2=new ArrayList<Integer>();
arrayList2.add(123);
System.out.println(arrayList1.getClass()==arrayList2.getClass());
}
}

这个例子证明Java泛型的类型擦除在编译的时候去掉，只剩下原始类型，默认用Object替换

public class Pair<T extends Comparable& Serializable> {
...
}

可以用这个语句来限定变量的原始类型，此时原始类型就用Serializable替换，而编译器在必要的时要向Comparable插入强制类型转换。

类型擦除引起的问题及解决方法

因为种种原因，Java不能实现真正的泛型，只能使用类型擦除来实现伪泛型，这样虽然不会有类型膨胀的问题，但是也引起了许多新的问题。所以，Sun对这些问题作出了许多限制，避免我们犯各种错误。

先检查，在编译，以及检查编译的对象和引用传递的问题

既然说类型变量会在编译的时候擦除掉，那为什么我们往ArrayList arrayList=new ArrayList();所创建的数组列表arrayList中，不能使用add方法添加整形呢？不是说泛型变量Integer会在编译时候擦除变为原始类型Object吗，为什么不能存别的类型呢？既然类型擦除了，如何保证我们只能使用泛型变量限定的类型呢？

java是如何解决这个问题的呢？java编译器是通过先检查代码中泛型的类型，然后再进行类型擦除，在进行编译的。

public static  void main(String[] args) {
ArrayList<String> arrayList=new ArrayList<String>();
arrayList.add("123");
arrayList.add(123);//编译错误
}

在上面的程序中，使用add方法添加一个整形，在eclipse中，直接就会报错，说明这就是在编译之前的检查。因为如果是在编译之后检查，类型擦除后，原始类型为Object，是应该运行任意引用类型的添加的。可实际上却不是这样，这恰恰说明了关于泛型变量的使用，是会在编译之前检查的。

类型检查就是针对引用的，谁是一个引用，用这个引用调用泛型方法，就会对这个引用调用的方法进行类型检测，而无关它真正引用的对象。

public class Test {
public static void main(String[] args) {

//
ArrayList<String> arrayList1=new ArrayList();
arrayList1.add("1");//编译通过
arrayList1.add(1);//编译错误
String str1=arrayList1.get(0);//返回类型就是String

ArrayList arrayList2=new ArrayList<String>();
arrayList2.add("1");//编译通过
arrayList2.add(1);//编译通过
Object object=arrayList2.get(0);//返回类型就是Object

new ArrayList<String>().add("11");//编译通过
new ArrayList<String>().add(22);//编译错误
String string=new ArrayList<String>().get(0);//返回类型就是String
}
}

本来类型检查就是编译时完成的。new ArrayList()只是在内存中开辟一个存储空间，可以存储任何的类型对象。而真正涉及类型检查的是它的引用，因为我们是使用它引用arrayList1 来调用它的方法，比如说调用add()方法。所以arrayList1引用能完成泛型类型的检查。

而引用arrayList2没有使用泛型，所以不行。

泛型中参数化类型不考虑继承关系

ArrayList<String> arrayList1=new ArrayList<Object>();//编译错误
ArrayList<Object> arrayList1=new ArrayList<String>();//编译错误

都是不允许的，第一个，它里面实际上已经被我们存放了Object类型的对象，这样，就会有ClassCastException了。所以为了避免这种极易出现的错误，Java不允许进行这样的引用传递。

第二种情况，则是存放String的实例，用存放Object的引用指向它，最起码，在我们用arrayList2取值的时候不会出现ClassCastException，因为是从String转换为Object。可是，这样做有什么意义呢，泛型出现的原因，就是为了解决类型转换的问题。我们使用了泛型，到头来，还是要自己强转，违背了泛型设计的初衷。所以java不允许这么干。

自动类型转换 在你调用的地方进行checkcast操作

类型擦除与多态

class Pair<T> {
private T value;
public T getValue() {
return value;
}
public void setValue(T value) {
this.value = value;
}
}
class DateInter extends Pair<Date> {
@Override
public void setValue(Date value) {
super.setValue(value);
}
@Override
public Date getValue() {
return super.getValue();
}
}

//类型擦除后
class Pair {
private Object value;
public Object getValue() {
return value;
}
public void setValue(Object  value) {
this.value = value;
}
}
@Override
public void setValue(Date value) {
super.setValue(value);
}
@Override
public Date getValue() {
return super.getValue();
}

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。那我们怎么去重写我们想要的Date类型参数的方法？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

泛型类型变量不能是基本数据类型

运行时类型查询

if( arrayList instanceof ArrayList<?>)

类型通配符

类型通配符上限通过形如Box< ? extends Number>形式定义，相对应的，类型通配符下限为Box< ? super Number>形式，其含义与类型通配符上限正好相反