学习笔记: Java语言中的Type

Java在JDK 1.5之前只有原始类型而没有泛型（Generic）类型，而在1.5开始引入泛型。但这种泛型仅仅存在于编译阶段，当在JVM运行的过程中，与泛型相关的信息将会被擦除（采用类型擦除机制的原因，是因为如果在运行时存在泛型，那么将要修改JVM指令集，这是非常致命的）。

原始类型会生成字节码文件对象，而泛型类型相关的类型并不会生成与其相对应的字节码文件（因为泛型类型将会被擦除），因此无法将泛型相关的新类型与class相统一。

为了解决Java中的泛型，JDK1.5 版本开始引入Type接口。在此之前，Java中只有原始类型，所有的原始类型都是通过Class进行抽象。有了Type以后，Java的数据类型得到了扩展，从原始类型扩展为ParameterizedType、GenericArrayType、TypeVariable。

Java中的Type接口位于包java.lang.reflect下，属于反射相关的接口，它包括类、枚举、数组、注解等。该接口只有一个方法getTypeName，用于获取该Type的名称。

很多开源项目的源码中会使用注解、反射、代理模式、适配器模式，它们都需要判断Type，因此有必要了解下Type。

Type有4个子接口，分别是ParameterizedType、TypeVariable<D>、GenericArrayType、WildcardType，以及1个很常见的实现类Class。
其中，ParameterizedType、GenericArrayType、Class用来表示泛型或普通类的Type，TypeVariable、WildcardType用来表示泛型中的类型参数的Type。

ParameterizedType

ParameterizedType（参数化类型）是指我们常见的泛型的Type类，比如Set<E>、List<String>、TreeMap<K, V>、Class<T>等。

ParameterizedType接口定义如下：

public interface ParameterizedType extends Type {
    // 获取<>中实际的类型参数，以Type数组形式返回
    Type[] getActualTypeArguments();
    // 获取<>前面的类型，即包含泛型的类
    Type getRawType();
    // 如果这个类型是某个类型所属，则获取这个所有者的类型，否则返回null。比如Map.Entry<Sting,String>，会返回Map
    Type getOwnerType();
}

GenericArrayType

GenericArrayType（泛型数组类型）是指带有泛型的数组的Type类，比如 T[] arr、List<String>[] lists，这里的 arr、lists 就是 GenericArrayType 实例。

GenericArrayType接口定义如下：

public interface GenericArrayType extends Type {
    // 获得这个数组元素类型，比如T[]则获得T的type
    Type getGenericComponentType();
}

Class

这是非泛型类的Type对象。类、接口、枚举、注解、数组都有一个Class对象。每个.class文件在运行期都对应一个Class对象。

TypeVariable<D>

TypeVariable<D extends GenericDeclaration>（类型变量）指泛型类或泛型方法中的泛型，如 T a。TypeVariable<D>与ParameterizedType不同之处在于，後者是指整个泛型类，而前者专指泛型中参数类型。

TypeVariable<D>接口定义如下：

public interface TypeVariable<D extends GenericDeclaration> extends Type, AnnotatedElement {
    // 获取泛型的上限，无显示定义(extends)则默认为Object
    Type[] getBounds();
    // 获取声明该类型变量的实体(即获取类、方法或构造器名，如泛型中的容器类)
    D getGenericDeclaration();
    // 获取名称，即K、V、E之类名称
    String getName();

    AnnotatedType[] getAnnotatedBounds();
}

例如，对于Example<T extends Number & Serializable & Comparable>，getBounds()方法将得到一个class Number、interface Serializable、interface Comparable 构成的 Type 数组。

WildcardType

WildcardType（通配符类型）是指<?>、<? extends Number>这样的表达式，它与TypeVariable类似，都是用来指泛型中的参数类型。WildcardType虽然是Type的子接口，但却不是Java类型中的一种。

WildcardType接口定义如下：

public interface WildcardType extends Type {
    // 获取泛型表达式上界（对应extends后面的类型）
    Type[] getUpperBounds();
    // 获取泛型表达式下界（对应super后面的类型）
    Type[] getLowerBounds();
}

例如，List<? extends Number> list1 的 getUpperBounds() 返回 Number；List<? super String> list2 的 getLowerBounds() 返回 String。

如何获取类的Type对象

上述几种子接口，它们的实现类都不在Java基础类库中（而是在rt.jar的sun.reflect.generics.reflectiveObjects包下），我们一般也不会自己实例化一个Type对象。

Class对象中有2个方法，可以获取Type对象：

• getGenericSuperclass()：获取该类直接父类的Type对象。如果该类只实现了某个接口，那么该方法返回的Type对象是Object的Type对象。
• getGenericInterfaces()：获取该类直接实现的接口的Type数组

因此，我们如果想获取某个类或对象对应的Type对象，可以先得到该类的Class对象（类名.class 或 对象.getClass()），然后通过上述两个方法获得它的直接父类或接口的Type对象。

另外，还可以根据实际的类型情况，将该Type对象（强制）转换成上述Type的子接口（ParameterizedType 或 GenericArrayType）或子类（Class），然后通过子类对象更详细的信息。

不过，这种方法获取的是类的父类或父接口的Type对象，不是当前类自己的Type对象。在Java的基础类库中没有获取当前类Type对象的方法，因此需要迂回一下。具体过程如下：
例如想获得类A的Type对象，先new出一个类A的匿名子类A sub = new A(){}，然后通过sub.getGenericSuperclass()就可以得到A的Type对象了。

这种迂回方法的一个问题是，A必须是具体的类才行得通，而不能是抽象类或接口（还得实现抽象方法，成本大），或者类似于ArrayList<? extends Number>>这样带有通配符而无法实例化的类。

这种情况下，可以借助Google gson库中的类TypeToken来获取Type对象。该类与上面说的迂回方法类似，也是通过创建匿名子类来获取当前类的Type对象的。比如获取 HashMap<String, Integer> 的Type对象：Type type = new TypeToken<List<? extends Number>>(){}.getType()。

另外，如果想获取类或对象中某个Field的Type对象、某个Method的入参或返回类型的Type对象、某个Constructor的入参的Type对象，还有如下方法：

• Field#getGenericType：获取域的Type对象
• Method#getGenericReturnType：获取方法返回类型的Type对象
• Method#getGenericParameterTypes：获取方法入参的Type对象数组
• Constructor#getGenericParameterTypes：获取构造器入参的Type对象数组
  Method和Constructor还能获取其所声明抛出的异常的Type对象数组。

在通过Class类getDeclaredField(String name)方法（getField(String name)只能获取public域）、getMethod()、getConstructor()等方法获得Field、Method、Constructor对象后，就可以进一步获取相关的Type对象了。

对于 TypeVariable 和 WildcardType，则可以通过 ParameterizedType 的 Type[] getActualTypeArguments() 方法获取参数类型列表，然后根据实际情况，将对应的Type对象强制转换成 TypeVariable 或 WildcardType 对象。

关于 GenericDeclaration

GenericDeclaration 是声明类型变量的所有实体的公共接口，也就是说该接口定义了哪些地方可以定义类型变量（泛型）。

GenericDeclaration下有三个子类，分别为Class、Method、Constructor。也就是说，我们定义泛型只能在一个类中这3个地方自定义泛型。
我们经常将类的属性（Field）声明为泛型，这其实并不是在定义泛型，而只是在使用泛型而已。此时的泛型变量，还是需要在Class中定义的，比如HashSet。

关于 Type 对象

1. 想知道Type对象表示的Class的名称（即某个泛型类或普通类），用Type.getTypeName()。
2. 想知道Type对象属于Type的哪个子类（即ParameterizedType、GenericArrayType 或 Class），用Type.getClass().getTypeName() 或 Type.getClass().getName()。
3. 如果是泛型，想知道泛型中的类型参数，则在上一步确定属于ParameterizedType 或 GenericArrayType 后，将其强制转型，然后通过ParameterizedType 或 GenericArrayType的方法获得类型参数信息（TypeVariable 或 WildcardType）。

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参考文档

1. java知识总结之Type
2. Java中的Type
3. Java中的Type类型详解
4. Java获取泛型T的类型 T.class