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。

 

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。

 

 

private static Class<?> getClass(Type type, int i) {
        if (type instanceof ParameterizedType) { // 处理泛型类型
            return getGenericClass((ParameterizedType) type, i);
        } else if (type instanceof TypeVariable) {
            return (Class<?>) getClass(((TypeVariable) type).getBounds()[0], 0); // 处理泛型擦拭对象<R>
        } else {// class本身也是type，强制转型
            return (Class<?>) type;
        }
    }

    private static Class<?> getGenericClass(ParameterizedType parameterizedType, int i) {
        Object genericClass = parameterizedType.getActualTypeArguments()[i];
        if (genericClass instanceof ParameterizedType) { // 处理多级泛型
            return (Class<?>) ((ParameterizedType) genericClass).getRawType();
        } else if (genericClass instanceof GenericArrayType) { // 处理数组泛型
            return (Class<?>) ((GenericArrayType) genericClass).getGenericComponentType();
        } else if (genericClass instanceof TypeVariable) { // 处理泛型擦拭对象<R>
            return (Class<?>) getClass(((TypeVariable) genericClass).getBounds()[0], 0);
        } else {
            return (Class<?>) genericClass;
        }
    }

 

 

测试代码： 

 

 

interface GeneircInteface<T> {

    T method1(T obj);
}

interface CommonInteface {

    Integer method2(Integer obj);
}

class BaseGeneircInteface<R> implements GeneircInteface<R> {

    protected R result;

    @Override
    public R method1(R obj) {
        return obj;
    }

}

class GenericClass extends BaseGeneircInteface<List<String>> implements GeneircInteface<List<String>>, CommonInteface {

    @Override
    public List<String> method1(List<String> obj) {
        result = obj;
        return result;
    }

    public Integer method2(Integer obj) {
        return obj;
    }

    public <T, E extends Throwable> T method3(T obj) throws E {
        return obj;
    }

}

  

针对class的泛型接口使用：

 

private static void classGeneric() {
        System.out.println("\n--------------------- classGeneric ---------------------");
        GenericClass gc = new GenericClass();
        Type[] gis = gc.getClass().getGenericInterfaces(); // 接口的泛型信息
        Type gps = gc.getClass().getGenericSuperclass(); // 父类的泛型信息
        TypeVariable<?>[] gtr = gc.getClass().getTypeParameters(); // 当前接口的参数信息
        System.out.println("============== getGenericInterfaces");
        for (Type t : gis) {
            System.out.println(t + " : " + getClass(t, 0));
        }
        System.out.println("============== getGenericSuperclass");
        System.out.println(getClass(gps, 0));
        System.out.println("============== getTypeParameters");
        for (TypeVariable t : gtr) {
            StringBuilder stb = new StringBuilder();
            for (Type tp : t.getBounds()) {
                stb.append(tp + " : ");
            }

            System.out.println(t + " : " + t.getName() + " : " + stb);
        }

    }

 

 

针对method的泛型接口使用：

 

private static void methodGeneric() throws Exception {
        System.out.println("\n--------------------- methodGeneric ---------------------");
        GenericClass gc = new GenericClass();
        Method method3 = gc.getClass().getDeclaredMethod("method3", new Class[] { Object.class });

        Type[] gpt3 = method3.getGenericParameterTypes();
        Type[] get3 = method3.getGenericExceptionTypes();
        Type gt3 = method3.getGenericReturnType();
        System.out.println("============== getGenericParameterTypes");
        for (Type t : gpt3) {
            System.out.println(t + " : " + getClass(t, 0));
        }
        System.out.println("============== getGenericExceptionTypes");
        for (Type t : get3) {
            System.out.println(t + " : " + getClass(t, 0));
        }
        System.out.println("============== getType");
        System.out.println(gt3 + " : " + getClass(gt3, 0));
    }

 

 

针对field的泛型接口使用：

 

private static void fieldGeneric() throws Exception {
        System.out.println("\n--------------------- fieldGeneric ---------------------");
        GenericClass gc = new GenericClass();
        Field field = gc.getClass().getSuperclass().getDeclaredField("result");

        Type gt = field.getGenericType();
        Type ft = field.getType();
        System.out.println("============== getGenericType");
        System.out.println(gt + " : " + getClass(gt, 0));
        System.out.println("============== getType");
        System.out.println(ft + " : " + getClass(ft, 0));
    }

 

输出结果：

 

--------------------- classGeneric ---------------------
============== getGenericInterfaces
com.agapple.misc.GeneircInteface<java.util.List<java.lang.String>> : interface java.util.List
interface com.agapple.misc.CommonInteface : interface com.agapple.misc.CommonInteface
============== getGenericSuperclass
interface java.util.List
============== getTypeParameters

--------------------- fieldGeneric ---------------------
============== getGenericType
R : class java.lang.Object
============== getType
class java.lang.Object : class java.lang.Object

--------------------- methodGeneric ---------------------
============== getGenericParameterTypes
T : class java.lang.Object
============== getGenericExceptionTypes
E : class java.lang.Throwable
============== getType
T : class java.lang.Object

 

结果说明：

 

1. 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
2. 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

   const #46 = Asciz	Lcom/agapple/misc/BaseGeneircInteface<Ljava/util/List<Ljava/lang/String;>;>;Lcom/agapple/misc/GeneircInteface<Ljava/util/List<Ljava/lang/String;>;>;Lcom/agapple/misc/CommonInteface;;

3. 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。

   method3;
   const #36 = Asciz	(Ljava/lang/Object;)Ljava/lang/Object;;
   const #37 = Asciz	Exceptions;
   const #38 = class	#39;	//  java/lang/Throwable
   const #39 = Asciz	java/lang/Throwable;
   const #40 = Asciz	<T:Ljava/lang/Object;E:Ljava/lang/Throwable;>(TT;)TT;^TE;;
   const #41 = Asciz	TT;;

思考问题：

1. List<String> list = new ArrayList<String>();  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<String>和List<Number>对应的class实体是同一个。

2. GeneircInteface gi = new GeneircInteface<Integer>() {
   
               @Override
               public Integer method1(Integer obj) {
                   return 1;
               }
   
           };

    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。
3. 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<String>，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。

import java.util.List; 
import java.util.Map; 

public class GenericClass<T> { // 1 
private List<T> list; // 2 
private Map<String, T> map; // 3 

public <U> U genericMethod(Map<T, U> m) { // 4 
return null; 
} 
} 

 
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<T>，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：

private java.util.Map map; 
Signature: Ljava/util/Map; 
Signature: length = 0x2 
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：

const #10 = Asciz Ljava/util/Map<Ljava/lang/String;TT;>;; 

 
也就是内容为“Ljava/util/Map<Ljava/lang/String;TT;>;”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：

public class GenericClass extends java.lang.Object 
Signature: length = 0x2 
00 12 
// ... 
const #18 = Asciz <T:Ljava/lang/Object;>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。

import java.util.ArrayList; 
import java.util.List; 

public class TestClass { 
public static void main(String[] args) { 
List<String> list = null; // 1 
list = new ArrayList<String>(); // 2 
for (int i = 0; i < 10; i++) ; 
} 
} 

 

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

StackMapTable: number_of_entries = 2 
frame_type = 253 /* append */ 
offset_delta = 12 
locals = [ class java/util/List, int ] 
frame_type = 250 /* chop */ 
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."<init>":()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<E>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<E>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