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:

  1. 调用Couple.getWife()方法。
  2. 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) {…}

DateInterval中的方法还是:

public void setBegin(Date begin) {…}

所以DateIntervalPeriod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DateIntervalgetBegin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。

Posted by Yuan Shenjian • July 25th, 2016

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原文链接:http://sjyuan.cc/java-generics-in-vm/
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