虚拟机中类型擦除
Java虚拟机是不存在泛型类型对象的,所有的对象都属于普通类,甚至在泛型实现的早起版本中,可以将使用泛型的程序编译为在1.0虚拟机上能够运行的class文件,这个向后兼容性后期被抛弃了,所以后来如果用Sun公司的编译器编译的泛型代码,是不能运行在Java5.0之前的虚拟机的,这样就导致了一些实际生产的问题,如一些遗留代码如何跟新的系统进行衔接,要弄明白这个问题,需要先了解一下虚拟机是怎么执行泛型代码的。
虚拟机的一种机制:擦除类型参数,并将其替换成特定类型,没有指定特定类型用Object代替,如前文中的Couple类,虚拟机擦除后:
[code01]
public class Couple {
private Object wife ;
private Object husband ;
public Couple(Object wife, Object husband) {
this.wife = wife;
this.husband = husband;
}
public void setWife(Object wife) {this. wife = wife;}
public void setHusband(Object husband) {this. husband = husband;}
public Object getWife() {return wife;}
public Object getHusband() {return husband;}
}
类型参数T
是一个任意类型的,所以擦除后用Object
代替了。不管是Couple<Employee>
或者Couple<String>
擦除后都成为了原始类Couple
类,这就好比回到了泛型引入Java之前的普通类。所以这里重点围绕着擦除类型参数这个机制展开讲解。
如有对类型参数有类型限定会怎么替换呢?擦除类型参数机制告诉我们,使用限定的类型代替,如果有多个,使用第一个代替,看一段代码:
[code02]
public class Period<T extends Comparable<T> & Serializable> {
private T begin;
private T end;
public Period(T one, T two) {
if (one.compareTo(two) > 0) {
begin = two;end = one;
} else {
begin = one;end = two;
}
}
}
code02
擦除后,Period
的原始类型如下:
[code03]
public class Period {
private Comparable begin;
private Comparable end;
public Period(Comparable one, Comparable two) {
if (one.compareTo(two) > 0) {
begin = two; end = one;
} else {
begin = one; end = two;
}
}
}
思考一下,如果将
Period<T extends Comparable<T> & Serializable>
写成Period<T extends Serializable & Comparable<T>>
会是怎么样呢?
标签接口
同理,擦除后原始类型用第一个Serializable
代替,这样进行compareTo
方法调用的时候,编译器会进行必要的强制类型转换,所以为了提高效率,将标签接口(没有任何方法的接口,也叫tagging接口)放在后面。
先来看看虚拟机执行表达式的时候发生了什么,如:
[code04]
Couple<Employee> couple = ...;
Employee wife = couple.getWife();
擦除后,getWife()
返回的是Object
类型,然后虚拟机会插入强制类型转换,将Object
转换为Employee
,所以虚拟机实际上执行了两天指令:
- 调用
Couple.getWife()
方法。 - 将
Object
转换成Employee
类型。
再来看看虚拟机执行泛型方法的时候发生了什么,泛型方法如:
[code05]
public static <T extends Comparable<T>> max(T[] arrays) {... }
擦除后成了:
public static Comoparable max(Comparable[] arrays) {... }
但是泛型方法的擦除会带来两个复杂的问题,且看第一个实例,一个实例:
[code06]
public class Period <T extends Comparable<T> & Serializable> {
private T begin;
private T end;
public Period(T one, T two) {
if (one.compareTo(two) > 0) {
begin = two;end = one;
} else {
begin = one;end = two;
}
}
public void setBegin(T begin) {this. begin = begin;}
public void setEnd(T end) {this. end = end;}
public T getBegin() {return begin;}
public T getEnd() {return end;}
}
public class DateInterval extends Period<Date> {
public DateInterval(Date one, Date two) {
super(one, two);
}
public void setBegin(Date begin) {
super.setBegin(begin);
}
}
DateInterval
类型擦除后,Period
中的方法变成:
public void setBegin(Object begin) {…}
而DateInterval
中的方法还是:
public void setBegin(Date begin) {…}
所以DateInterval
从Period
中继承了public void setBegin(Object begin) {...}
而自身又存在public void setBegin(Date begin) {...}
方法,用户使用时问题发生了。
桥方法
[code07]
Period<Date> period = new DateInterval(...);
period.setBegin(new Date());
这里因为period
引用指向了DateInterval
实例,根据多态性,setBegin
应该调用DateInterval
对象的setBegin
方法,可是这个擦除让Period
中的 public void setBegin(Object begin) {...}
被调用,导致了擦除与多态发生了冲突,怎么办呢?虚拟机此时会在DateInterval
类中生成一个桥方法(bridge method),调用过程发生了细微的变化:
[code08]
public void setBegin(Object begin) {
setBegin((Date)begin);
}
有了这个合成的桥方法以后,code07
中对setBegin
的调用步骤如下:
1. 调用DateInterval.setBegin(Object)方法。
2. DateInterval.setBegin(Object)方法调用DateInterval.setBegin(Date)方法。
发现了吗,当我们在DateInterval
中增加了getBegin
方法之后会是什么样子的呢?是不是Peroid
中有一个Object getBegin()
的方法,而DateInterval
中有一个Date getBegin()
方法呢,这两个方法在Java中是不能同时存在的?可是Java5以后增加了一个协变类型,使得这里是被允许的,看看DateInterval
中getBegin
方法就知道了:
[code09]
@Override
public Date getBegin(){ return super.getBegin(); }
这里用了@Override
,说明是覆盖了父类的Object getBegin()
方法,而返回值可以指定为父类中的返回值类型的子类,这就是协变类型,这是Java5以后才可以允许的,允许子类覆盖了方法后指定一个更严格的类型(子类型)。
总结
1. 记住一点,虚拟机中没有泛型,只有普通的类。
2. 所有泛型的类型参数都用它们限定的类型代替,没有限定则用Object。
3. 为了保持类型安全性,虚拟机在有必要时插入强制类型转换。
4. 桥方法的合成用来保持多态性。
5. 协变类型允许子类覆盖方法后返回一个更严格的类型。