摘要:然而,与普遍印象相反的是,某些情况下在运行时获取到泛型类型信息也是可行的。于是,编译器可以把这部分泛型信息父类的泛型参数是,存储在它的子类的字节码区域中。当使用反射取出中的类型参数时,就必须把这点纳入考量。获取嵌套类的泛型的代码如下
在JDK5引入了泛型特性之后,她迅速地成为Java编程中不可或缺的元素。然而,就跟泛型乍一看似乎非常容易一样,许多开发者也非常容易就迷失在这项特性里。
多数Java开发者都会注意到Java编译器的类型擦除实现方式,Type Erasure会导致关于某个Class的所有泛型信息都会在源代码编译时消失掉。在一个Java应用中,可以认为所有的泛型实现类,都共享同一个基础类(注意与继承区分开来)。这是为了兼容JDK5之前的所有JDK版本,就是人们经常说的向后兼容性。
译者注:原文较为琐碎,大致意思是。在JVM整个内存空间中,只会存在一个ArrayList.class。那应该怎么做?
为了能够区分ArrayList和ArrayList ,现在假想的实现方式是在Class文件信息表(函数表+字段表)里添加额外的泛型信息。这个时候JVM的内存空间中就会存在(假设)ArrayList&String.class和(假设)ArrayList&Integer.class文件。顺着这种情况延续下去的话,就必须要修改JDK5之前所有版本的JVM对Class文件的识别逻辑,因为它破坏了JVM内部一个Class只对应唯一一个.class这条规则。这也是人们常说的: 破坏了向后兼容性。 注:参考Python3舍弃掉Python2的例子,也是放弃了对2的兼容,Python3才能发展并构造更多的新特性。
既然Java开发团队选择了兼容JDK5之前的版本,那就不能在JVM里做手脚了。但Java编译器的代码似乎还是可以修改的。于是,Java编译器在编译时就会把泛型信息都擦除,所以以下的比较在JVM运行时会永远为真。
assert new ArrayList().getClass() == new ArrayList ().getClass();
对JVM运行时来说,上述代码等同于
assert new ArrayList.class == ArrayList.class
到目前为止,上述内容都是大家所熟知的事情。然而,与普遍印象相反的是,某些情况下在运行时获取到泛型类型信息也是可行的。举个栗子:
class MyGenericClass{ } class MyStringSubClass extends MyGenericClass { }
MyStringSubClass相当于对MyGenericClass
而且因为这部分泛型信息在被编译后,仅仅被存储在被老版JVM所忽略的字节码区域中,所以这种方式并没有破坏向后兼容性。与此同时,因为T已经被赋值为String,所有的MyStringSubClass类的对象实例仍然共享同一个MyStringSubClass.class。
应该如何获取到被存储在byte code区域的这块泛型信息呢?
Java API提供了Class.getGenericSuperClass()方法,来取出一个Type类型的实例。
如果直接父类的实际类型就是泛型类型的话,那取出的Type类型实例就可以被显示地转换为ParameterizeType。
(Type只是一个标记型接口,它里面仅包含一个方法:getTypeName()。所以取出的实例的实际类型会是ParameterizedTypeImpl,但不应直接暴露实际类型,应一直暴露Type接口)。
感谢ParameterizedType接口,现在我们可以直接调用ParameterizeType.getActualTypeArguments()取出又一个Type类型实例数组。
父类所有的泛型类型参数都会被包含在这个数组里,并且以被声明的顺序放在数组对应的下标中。
当数组中的类型参数为非泛型类型时,我们就可以简单地把它显示转换为Class>。
为了保持文章的简洁性,我们跳过了GenericArrayType的情况。
现在我们可以使用以上知识编写一个工具类了:
public static Class> findSuperClassParameterType(Object instance, Class> clazzOfInterest, int parameterIndex) { Class> subClass = instance.getClass(); while (subClass.getSuperclass() != clazzOfInterest) { subClass = subClass.getSuperclass(); if (subClass == null) throw new IllegalArgumentException(); } ParameterizedType pt = (ParameterizedType) (subClass.getGenericSuperclass()); return (Class>) pt.getActualTypeArguments()[parameterIndex]; } public static void testCase1() { Class> genericType = findDirectSuperClassParameterType(new MyStringSubClass()); System.out.println(genericType); assert genericType == String.class; }
然而,请注意到
findSuperClassParamerterType(new MyGenericClass(), MyGenericClass.class, 0)
这样调用会抛出IllegalArgumentException异常。之前说过:泛型信息只有在子类的帮助下才能被取出。然而,MyGenericClass
然而,我们还没有解决问题,毕竟我们目前为止还有许多坑没有填。
链式泛型class MyGenericClass{} class MyGenericSubClass extends MyGenericClass {} class MyStringSubSubClass extends MyGenericSubClass {}
如下调用,仍然会抛出异常。
findSuperClassParameterType(new MyStringSubClass(), MyGenericClass.class, 0);
这又是为什么呢?到目前为止我们都在设想:MyGenericClass的类型参数T的相关信息会存储在它的直接子类中。那么上述的类继承关系就有以下逻辑:
MyStringSubClass.class中存储了MyGenericSubClass --> U = String。
MyGenericSubClass.class中仅存储了MyGenericClass
但U并不是一个Class类型,而是TypeVariable类型的类型变量,如果我们想要解析这种继承关系,就必须解析它们之间所有的依赖关系。代码如下:
public static Class> findSubClassParameterType(Object instance, Class> classOfInterest, int parameterIndex) { MaptypeMap = new HashMap<>(); Class> instanceClass = instance.getClass(); while (instanceClass.getSuperclass() != classOfInterest) { extractTypeArguments(typeMap, instanceClass); instanceClass = instanceClass.getSuperclass(); if (instanceClass == null) throw new IllegalArgumentException(); } // System.out.println(typeMap); ParameterizedType pt = (ParameterizedType) instanceClass.getGenericSuperclass(); Type actualType = pt.getActualTypeArguments()[parameterIndex]; if (typeMap.containsKey(actualType)) { actualType = typeMap.get(actualType); } if (actualType instanceof Class) { return (Class>) actualType; } else { throw new IllegalArgumentException(); } } private static void extractTypeArguments(Map typeMap, Class> clazz) { Type genericSuperclass = clazz.getGenericSuperclass(); if (!(genericSuperclass instanceof ParameterizedType)) { return ; } ParameterizedType pt = (ParameterizedType) genericSuperclass; Type[] typeParameters = ((Class>) pt.getRawType()).getTypeParameters(); Type[] actualTypeArguments = pt.getActualTypeArguments(); for (int i = 0; i < typeParameters.length; i++) { if (typeMap.containsKey(actualTypeArguments[i])) { actualTypeArguments[i] = typeMap.get(actualTypeArguments[i]); } typeMap.put(typeParameters[i], actualTypeArguments[i]); } }
代码中通过一个map可以解析所有链式泛型类型的定义。不过仍然不够完美,毕竟MyClass extends MyOtherClass也是一种完全合法的子类定义。
嵌套类好了好了,仍然没有结束:
class MyGenericOuterClass { public class MyGenericInnerClass { } } class MyStringOuterSubClass extends MyGenericOuterClass{ } MyStringOuterSubClass.MyGenericInnerClass inner = new MyStringOuterSubClass().new MyGenericInnerClass();
下面这样调用仍然会失败。
findSuperClassParameterType(inner, MyGenericInnerClass.class, 0);
这种失败几乎是可预见的,我们正试图在MyGenericInnerClass的对象实例里面寻找MyGenericInnerClass的泛型信息。就像之前所说,因为MyGenericInnerClass并没有子类,所以从MyGenericInnerClass.class中寻找泛型信息是不可能的,毕竟MyGenericInnerClass.class里面根本就不存在泛型信息。不过在这个例子中,我们检查的是MyStringOuterSubClass中的非static内部类: MyGenericInnerClass的对象实例。那么,MyStringOuterSubClass是知道它的父类MyGennericOuterClass --> U = String。当使用反射取出MyGenericInnerClass中的类型参数时,就必须把这点纳入考量。
现在这件事就变得相当棘手了。
-> 为了取出MyGenericOuterClass的泛型信息
-> 就必须先得到MyGenericOuterClass.class
这依然可以通过反射取得,Java编译器会在内部类MyGenericInnerClass中生成一个synthetic-field: this$0,这个字段可以通过Class.getDeclaredField("this$0")获取到。
> javap -p -v MyGenericOuterClass$MyGenericInnerClass.class ... ... final cn.local.test.MyGenericOuterClass this$0; descriptor: Lcn/local/test/MyGenericOuterClass; flags: ACC_FINAL, ACC_SYNTHETIC ...
既然已经有办法可以获取到MyGenericOuterClass.class了,那接下来我们似乎可以直接复用之前的扫描逻辑了。
这里需要注意, MyGenericOuterClass的U 并不等同于的U 。
我们可以做以下推理,MyGenericInnerClass是可以声明为static的,这就意味着static情况下,MyGenericInnerClass拥有它自己独享的泛型type命名空间。所以,Java API中所有的TypeVariable接口实现类,都拥有一个属性叫genericDeclaration。
如果两个泛型变量被分别定义在不同的类中,那么这两个TypeVariable类型变量,从genericDeclaration的定义上来说就是不相等的。
获取嵌套类的泛型的代码如下:
private static Class> browseNestedTypes(Object instance, TypeVariable> actualType) { Class> instanceClass = instance.getClass(); List> nestedOuterTypes = new LinkedList >(); for ( Class> enclosingClass = instanceClass.getEnclosingClass(); enclosingClass != null; enclosingClass = enclosingClass.getEnclosingClass() ) { try { Field this$0 = instanceClass.getDeclaredField("this$0"); Object outerInstance = this$0.get(instance); Class> outerClass = outerInstance.getClass(); nestedOuterTypes.add(outerClass); Map outerTypeMap = new HashMap<>(); extractTypeArguments(outerTypeMap, outerClass); for (Map.Entry entry : outerTypeMap.entrySet()) { if (!(entry.getKey() instanceof TypeVariable)) { continue; } TypeVariable> foundType = (TypeVariable>) entry.getKey(); if (foundType.getName().equals(actualType.getName()) && isInnerClass(foundType.getGenericDeclaration(), actualType.getGenericDeclaration())) { if (entry.getValue() instanceof Class) { return (Class>) entry.getValue(); } actualType = (TypeVariable>) entry.getValue(); } } } catch (NoSuchFieldException e) { /* however, this should never happen. */ } catch (IllegalAccessException e) { /* this might happen */ } } throw new IllegalArgumentException(); } private static boolean isInnerClass(GenericDeclaration outerDeclaration, GenericDeclaration innerDeclaration) { if (!(outerDeclaration instanceof Class) || !(innerDeclaration instanceof Class)) { throw new IllegalArgumentException(); } Class> outerClass = (Class>) outerDeclaration; Class> innerClass = (Class>) innerDeclaration; while ((innerClass = innerClass.getEnclosingClass()) != null) { if (innerClass == outerClass) { return true; } } return false; } private static void extractTypeArguments(Map typeMap, Class> clazz) { Type genericSuperclass = clazz.getGenericSuperclass(); if (!(genericSuperclass instanceof ParameterizedType)) { return; } ParameterizedType pt = (ParameterizedType) genericSuperclass; Type[] typeParameters = ((Class>) pt.getRawType()).getTypeParameters(); Type[] actualTypeArguments = pt.getActualTypeArguments(); for (int i = 0; i < typeParameters.length; i++) { if (typeMap.containsKey(actualTypeArguments[i])) { actualTypeArguments[i] = typeMap.get(actualTypeArguments[i]); } typeMap.put(typeParameters[i], actualTypeArguments[i]); } }
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