详解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。

Java代码

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     
        } 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     
            return (Class) getClass(((TypeVariable) genericClass).getBounds()[0], 0);     
        } else {     
            return (Class) genericClass;     
        }     
    }    
 

测试代码：

Java代码

interface GeneircInteface {     
    
    T method1(T obj);     
}     
    
interface CommonInteface {     
    
    Integer method2(Integer obj);     
}     
    
class BaseGeneircInteface implements GeneircInteface {     
    
    protected R result;     
    
    @Override    
    public R method1(R obj) {     
        return obj;     
    }     
    
}     
    
class GenericClass extends BaseGeneircInteface<list> implements GeneircInteface<list>, CommonInteface {     
    
    @Override    
    public List method1(List obj) {     
        result = obj;     
        return result;     
    }     
    
    public Integer method2(Integer obj) {     
        return obj;     
    }     
    
    public <t, e < span="">extends Throwable> T method3(T obj) throws E {     
        return obj;     
    }     
    
}     

针对class的泛型接口使用：

Java代码

private static void classGeneric() {     
        System.out.println("
--------------------- 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：

Java代码

private static void methodGeneric() throws Exception {     
        System.out.println("
--------------------- 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：

Java代码

private static void fieldGeneric() throws Exception {     
        System.out.println("
--------------------- 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：

Java代码

--------------------- classGeneric ---------------------     
============== getGenericInterfaces     
com.agapple.misc.GeneircInteface<java.util.list> : 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：

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

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

Java代码

const #46 = Asciz   Lcom/agapple/misc/BaseGeneircInteface;>;Lcom/agapple/misc/GeneircInteface;>;Lcom/agapple/misc/CommonInteface;;     
 

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。

Java代码

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   (TT;)TT;^TE;;     
const #41 = Asciz   TT;;    
 

思考问题：

List list = new ArrayList(); 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和List对应的class实体是同一个。

Java代码

GeneircInteface gi = new GeneircInteface() {     
    
            @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。

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，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。

Java代码

import java.util.List;      
import java.util.Map;      
    
public class GenericClass { // 1      
private List list; // 2      
private Map<string, t> map; // 3      
    
public  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，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：

Javap代码

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：

Javap代码

const #10 = Asciz Ljava/util/Map;;    

也就是内容为“Ljava/util/Map;”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：

Javap代码

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

Java代码

import java.util.ArrayList;      
import java.util.List;      
    
public class TestClass {      
public static void main(String[] args) {      
List list = null; // 1      
list = new ArrayList(); // 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：

Java代码

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."":()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