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详解Java泛型type体系整理

一直对jdk的ref使用比较模糊,早上花了点时间简单的整理了下,也帮助自己理解一下泛型的一些处理。

作者:agapple来源:JavaEye博客|2011-03-21 16:26

一直对jdk的ref使用比较模糊,早上花了点时间简单的整理了下,也帮助自己理解一下泛型的一些处理。

java中class,method,field的继承体系

java中所有对象的类型定义类Type

说明:

Type : Type is the common superinterface for all types in the Java programming language. These include raw types, parameterized types, array types, type variables and primitive types.

使用

一般我们不直接操作Type类型,所以第一次使用会对这个比较陌生,相对内部的一些概念。

根据Type类型分类,整理了一个type -> class的转换过程,同理也包括处理Generic Type。支持多级泛型处理。

Java代码

  1. private static Class getClass(Type type, int i) {     
  2.         if (type instanceof ParameterizedType) { // 处理泛型类型     
  3.             return getGenericClass((ParameterizedType) type, i);     
  4.         } else if (type instanceof TypeVariable) {     
  5.             return (Class) getClass(((TypeVariable) type).getBounds()[0], 0); // 处理泛型擦拭对象     
  6.         } else {// class本身也是type,强制转型     
  7.             return (Class) type;     
  8.         }     
  9.     }     
  10.     
  11.     private static Class getGenericClass(ParameterizedType parameterizedType, int i) {     
  12.         Object genericClass = parameterizedType.getActualTypeArguments()[i];     
  13.         if (genericClass instanceof ParameterizedType) { // 处理多级泛型     
  14.             return (Class) ((ParameterizedType) genericClass).getRawType();     
  15.         } else if (genericClass instanceof GenericArrayType) { // 处理数组泛型     
  16.             return (Class) ((GenericArrayType) genericClass).getGenericComponentType();     
  17.         } else if (genericClass instanceof TypeVariable) { // 处理泛型擦拭对象     
  18.             return (Class) getClass(((TypeVariable) genericClass).getBounds()[0], 0);     
  19.         } else {     
  20.             return (Class) genericClass;     
  21.         }     
  22.     }    

测试代码:

Java代码

  1. interface GeneircInteface {     
  2.     
  3.     T method1(T obj);     
  4. }     
  5.     
  6. interface CommonInteface {     
  7.     
  8.     Integer method2(Integer obj);     
  9. }     
  10.     
  11. class BaseGeneircInteface implements GeneircInteface {     
  12.     
  13.     protected R result;     
  14.     
  15.     @Override    
  16.     public R method1(R obj) {     
  17.         return obj;     
  18.     }     
  19.     
  20. }     
  21.     
  22. class GenericClass extends BaseGeneircIntefaceimplements GeneircInteface>, CommonInteface {     
  23.     
  24.     @Override    
  25.     public List method1(List obj) {     
  26.         result = obj;     
  27.         return result;     
  28.     }     
  29.     
  30.     public Integer method2(Integer obj) {     
  31.         return obj;     
  32.     }     
  33.     
  34.     public extends Throwable> T method3(T obj) throws E {     
  35.         return obj;     
  36.     }     
  37.     
  38. }    

针对class的泛型接口使用:

Java代码

  1. private static void classGeneric() {     
  2.         System.out.println("\n--------------------- classGeneric ---------------------");     
  3.         GenericClass gc = new GenericClass();     
  4.         Type[] gis = gc.getClass().getGenericInterfaces(); // 接口的泛型信息     
  5.         Type gps = gc.getClass().getGenericSuperclass(); // 父类的泛型信息     
  6.         TypeVariable[] gtr = gc.getClass().getTypeParameters(); // 当前接口的参数信息     
  7.         System.out.println("============== getGenericInterfaces");     
  8.         for (Type t : gis) {     
  9.             System.out.println(t + " : " + getClass(t, 0));     
  10.         }     
  11.         System.out.println("============== getGenericSuperclass");     
  12.         System.out.println(getClass(gps, 0));     
  13.         System.out.println("============== getTypeParameters");     
  14.         for (TypeVariable t : gtr) {     
  15.             StringBuilder stb = new StringBuilder();     
  16.             for (Type tp : t.getBounds()) {     
  17.                 stb.append(tp + " : ");     
  18.             }     
  19.     
  20.             System.out.println(t + " : " + t.getName() + " : " + stb);     
  21.         }     
  22.     
  23.     }    

针对method的泛型接口使用:

Java代码

  1. private static void methodGeneric() throws Exception {     
  2.         System.out.println("\n--------------------- methodGeneric ---------------------");     
  3.         GenericClass gc = new GenericClass();     
  4.         Method method3 = gc.getClass().getDeclaredMethod("method3"new Class[] { Object.class });     
  5.     
  6.         Type[] gpt3 = method3.getGenericParameterTypes();     
  7.         Type[] get3 = method3.getGenericExceptionTypes();     
  8.         Type gt3 = method3.getGenericReturnType();     
  9.         System.out.println("============== getGenericParameterTypes");     
  10.         for (Type t : gpt3) {     
  11.             System.out.println(t + " : " + getClass(t, 0));     
  12.         }     
  13.         System.out.println("============== getGenericExceptionTypes");     
  14.         for (Type t : get3) {     
  15.             System.out.println(t + " : " + getClass(t, 0));     
  16.         }     
  17.         System.out.println("============== getType");     
  18.         System.out.println(gt3 + " : " + getClass(gt3, 0));     
  19.     }    

针对field的泛型接口使用:

Java代码

  1. private static void fieldGeneric() throws Exception {     
  2.         System.out.println("\n--------------------- fieldGeneric ---------------------");     
  3.         GenericClass gc = new GenericClass();     
  4.         Field field = gc.getClass().getSuperclass().getDeclaredField("result");     
  5.     
  6.         Type gt = field.getGenericType();     
  7.         Type ft = field.getType();     
  8.         System.out.println("============== getGenericType");     
  9.         System.out.println(gt + " : " + getClass(gt, 0));     
  10.         System.out.println("============== getType");     
  11.         System.out.println(ft + " : " + getClass(ft, 0));     
  12.     }    

输出结果:

Java代码

  1. --------------------- classGeneric ---------------------     
  2. ============== getGenericInterfaces     
  3. com.agapple.misc.GeneircInteface> : interface java.util.List     
  4. interface com.agapple.misc.CommonInteface : interface com.agapple.misc.CommonInteface     
  5. ============== getGenericSuperclass     
  6. interface java.util.List     
  7. ============== getTypeParameters     
  8.     
  9. --------------------- fieldGeneric ---------------------     
  10. ============== getGenericType     
  11. R : class java.lang.Object     
  12. ============== getType     
  13. class java.lang.Object : class java.lang.Object     
  14.     
  15. --------------------- methodGeneric ---------------------     
  16. ============== getGenericParameterTypes     
  17. T : class java.lang.Object     
  18. ============== getGenericExceptionTypes     
  19. E : class java.lang.Throwable     
  20. ============== getType     
  21. T : class java.lang.Object   

结果说明:

因为泛型的擦拭,对应的GeneircInteface和BaseGeneircInteface,在源码信息已被擦除对应的类型,进行了upper转型,所以取到的是Object。可以使用extends

GenericClass在类定义时,声明了继承父接口的泛型为List,所以再通过接口和父类获取泛型信息时,是能正确的获取。通过javap -v可以获取对应的class信息

Java代码

  1. const #46 = Asciz   Lcom/agapple/misc/BaseGeneircInteface;>;Lcom/agapple/misc/GeneircInteface;>;Lcom/agapple/misc/CommonInteface;;     

而在GenericClass中定义的方法method3,在class信息是一个被向上转型后擦拭的信息。所以获取method3的相关泛型信息是没有的。

Java代码

  1. method3;     
  2. const #36 = Asciz   (Ljava/lang/Object;)Ljava/lang/Object;;     
  3. const #37 = Asciz   Exceptions;     
  4. const #38 = class   #39;    //  java/lang/Throwable     
  5. const #39 = Asciz   java/lang/Throwable;     
  6. const #40 = Asciz   (TT;)TT;^TE;;     
  7. const #41 = Asciz   TT;;    

思考问题:

List list = new ArrayList(); 是否有获取对应的String泛型信息? 不能,临时变量不能保存泛型信息到具体class对象中,List和List对应的class实体是同一个。

Java代码

  1. GeneircInteface gi = new GeneircInteface() {     
  2.     
  3.             @Override    
  4.             public Integer method1(Integer obj) {     
  5.                 return 1;     
  6.             }     
  7.     
  8.         };    

通过匿名类的方式,是否可以获取Integer的泛型信息? 能,匿名类也会在进行class compiler保存泛型信息。

假如本文例子中的method3,是放在父类中BaseGeneircInteface中进行申明,GenericClass中指定R为List,是否可以获取到对应的泛型信息? 不能,理由和问题1类似。

备注

具体泛型擦拭和信息保存,引用了撒迦的一段回复,解释的挺详尽了。

RednaxelaFX 写道

Java泛型有这么一种规律:

位于声明一侧的,源码里写了什么到运行时就能看到什么;

位于使用一侧的,源码里写什么到运行时都没了。

什么意思呢?“声明一侧”包括泛型类型(泛型类与泛型接口)声明、带有泛型参数的方法和域的声明。注意局部变量的声明不算在内,那个属于“使用”一侧。

Java代码

  1. import java.util.List;      
  2. import java.util.Map;      
  3.     
  4. public class GenericClass { // 1      
  5. private List list; // 2      
  6. private Map map; // 3      
  7.     
  8. public  U genericMethod(Map m) { // 4      
  9. return null;      
  10. }      
  11. }     

上面代码里,带有注释的行里的泛型信息在运行时都还能获取到,原则是源码里写了什么运行时就能得到什么。针对1的GenericClass,运行时通过Class.getTypeParameters()方法得到的数组可以获取那个“T”;同理,2的T、3的java.lang.String与T、4的T与U都可以获得。

这是因为从Java 5开始class文件的格式有了调整,规定这些泛型信息要写到class文件中。以上面的map为例,通过javap来看它的元数据可以看到记录了这样的信息:

Javap代码

  1. private java.util.Map map;      
  2. Signature: Ljava/util/Map;      
  3. Signature: length = 0x2      
  4. 00 0A     

乍一看,private java.util.Map map;不正好显示了它的泛型类型被擦除了么?

但仔细看会发现有两个Signature,下面的一个有两字节的数据,0x0A。到常量池找到0x0A对应的项,是:

Javap代码

  1. const #10 = Asciz Ljava/util/Map;;    

也就是内容为“Ljava/util/Map;”的一个字符串。

根据Java 5开始的新class文件格式规范,方法与域的描述符增添了对泛型信息的记录,用一对尖括号包围泛型参数,其中普通的引用类型用“La/b/c/D;”的格式记录,未绑定值的泛型变量用“Txxx;”的格式记录,其中xxx就是源码中声明的泛型变量名。类型声明的泛型信息也以类似下面的方式记了下来:

Javap代码

  1. public class GenericClass extends java.lang.Object      
  2. Signature: length = 0x2      
  3. 00 12      
  4. // ...      
  5. const #18 = Asciz Ljava/lang/Object;;    

详细信息请参考官方文档:http://java.sun.com/docs/books/jvms/second_edition/ClassFileFormat-Java5.pdf

相比之下,“使用一侧”的泛型信息则完全没有被保留下来,在Java源码编译到class文件后就确实丢失了。也就是说,在方法体内的泛型局部变量、泛型方法调用之类的泛型信息编译后都消失了。

Java代码

  1. import java.util.ArrayList;      
  2. import java.util.List;      
  3.     
  4. public class TestClass {      
  5. public static void main(String[] args) {      
  6. List list = null// 1      
  7. list = new ArrayList(); // 2      
  8. for (int i = 0; i < 10; i++) ;      
  9. }      
  10. }   

上面代码中,1留下的痕迹是:main()方法的StackMapTable属性里可以看到:

Java代码

  1. StackMapTable: number_of_entries = 2      
  2. frame_type = 253 /* append */      
  3. offset_delta = 12      
  4. locals = [ class java/util/List, int ]      
  5. frame_type = 250 /* chop */      
  6. offset_delta = 11     

但这里是没有留下泛型信息的。这段代码只所以写了个空的for循环就是为了迫使javac生成那个StackMapTable,让1多留个影。

如果main()里用到了list的方法,那么那些方法调用点上也会留下1的痕迹,例如如果调用list.add("");,则会留下“java/util/List.add:(Ljava/lang/Object;)Z”这种记录。

2留下的是“java/util/ArrayList."":()V”,同样也丢失了泛型信息。

由上述讨论可知,想对带有未绑定的泛型变量的泛型类型获取其实际类型是不现实的,因为class文件里根本没记录实际类型的信息。觉得这句话太拗口的话用例子来理解:要想对java.util.List获取E的实际类型是不现实的,因为List.class文件里只记录了E,却没记录使用List时E的实际类型。

想对局部变量等“使用一侧”的已绑定的泛型类型获取其实际类型也不现实,同样是因为class文件中根本没记录这个信息。例子直接看上面讲“使用一侧”的就可以了。

知道了什么信息有记录,什么信息没有记录之后,也就可以省点力气不去纠结“拿不到T的实际类型”、“建不出T类型的数组”之类的问题了orz

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【责任编辑:金贺 TEL:(010)68476606】

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