Java泛型: 类型擦除(type erasure)

nidaye 发布于2019-08-14 17:49 / 3018人阅读

摘要：泛型类型仅存在于编译期间，编译后的字节码和运行时不包含泛型信息，所有的泛型类型映射到同一份字节码。的本质泛型编译器原始类型被替换泛型编译器原始类型被替换原始类型指被编译器擦除了泛型信息后，类型变量在字节码中的具体类型。

type erasure & reified generic

Java的泛型不同于C++的模板：Java泛型是"type erasure"，C++模板是"reified generic"。

type erasure：泛型类型仅存在于编译期间，编译后的字节码和运行时不包含泛型信息，所有的泛型类型映射到同一份字节码。

reified generic：泛型类型存在于编译和运行期间，编译器自动为每一种泛型类型生成类型代码并编译进二进制码中。

为什么Java是type erasure

这是由于泛型是后来(SE5)才加入到Java语言特性的，Java让编译器擦除掉关于泛型类型的信息，这样使得Java可以向后兼容之前没有使用泛型的类库和代码，因为在字节码层面是没有泛型概念的。

type erasure的本质

泛型(T) --> 编译器(type erasure) --> 原始类型(T被Object替换)
泛型(? extends XXX) --> 编译器(type erasure) --> 原始类型(T被XXX替换)
原始类型指被编译器擦除了泛型信息后，类型变量在字节码中的具体类型。

假如，我们定义一个泛型类Generic是这样的：

class Generic {
    private T obj;

    public Generic(T o) {
        obj = o;
    }

    public T getObj() {
        return obj;
    }
}

那么，Java编译后的字节码中Generic相当于这样的：

class Generic {
    private Object obj;

    public Generic(Object o) {
        obj = o;
    }

    public Object getObj() {
        return obj;
    }
}

假如，我们使用Generic类是这样的：

public static void main(String[] args) {
    Generic generic = new Generic("hehe...");
    String str = generic.getObj();
}

那么，Java编译后的字节码中相当于这样的：

public static void main(String[] args) {
    Generic generic = new Generic("hehe...");
    String str = (String) generic.getObj();
}

所以，所有Generic的泛型类型实质是同一个类：

public static void main(String[] args) {
    Generic a = new Generic(111);
    Generic b = new Generic("bbb");
    System.out.println("a"class: " + a.getClass().getName());
    System.out.println("b"class: " + b.getClass().getName());
    System.out.println("G"class: " + Generic.class.getName());
    System.out.println("a"class == b"class == G"class: " + (a.getClass() == b.getClass() && b.getClass() == Generic.class));
}

上述代码执行结果：

a"class: generic.Generic
b"class: generic.Generic
G"class: generic.Generic
a"class == b"class == G"class: true

__小结__：Java的泛型只存在于编译时期，泛型使编译器可以在编译期间对类型进行检查以提高类型安全，减少运行时由于对象类型不匹配引发的异常。

type erasure导致泛型的局限性

类型擦除降低了泛型的泛化性，使得某些重要的上下文环境中不能使用泛型类型，具有一定的局限性。

运行时隐含类型转换的开销

使用泛型时，Java编译器自动帮我们生成了类型转换的代码，这相对于C++模板来说无疑带来了额外的性能开销。

类型参数不能实例化

    T obj = new T(); // compile error

    T[] objs = new T[10]; // compile error

     Generic generic = new Generic[10]; // compile error

类型参数不能进行类型查询(类型查询在运行时，运行时类型参数已被擦除)

    Generic a = new Generic(111);
    if(a instanceof Generic)// compile error
    if(a instanceof Generic) // compile error
    if(a instanceof Generic) // 仅测试了a是否是Generic，忽略了类型参数

不能在静态域和静态方法中引用类型变量

    class Generic {
        private static T obj;// compile error
        public static T func(){...}// compile error
    }

因为所有泛型类最终映射到同一个原始类型类，而静态属性是类级别的，类和实例共同拥有它的一份存储，因此一份存储无法安放多个类型的属性。静态方法也是如此。

重载方法签名冲突：

    public boolean equals(T obj) // compile error

public boolean equals(T obj)被擦除类型后变为public boolean equals(Object obj)，与根类Object的public boolean equals(Object obj)签名一样，而两者均不能覆盖对方，导致编译期名称冲突。

一个类不能实现同一个泛型接口的两种变体：

interface IFace() {}
class FaceImpParent implements IFace {}
class FaceImpChild extends FaceImpParent implements IFace {} // compile error

原因是IFace和IFace在擦除类型后是同一个接口，一个类不能实现两次同一个接口。

泛型类不能扩展java.lang.Throwable

    class GenericException  extends Exception {} // compile error

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