Java泛型原理：擦除法

關於泛型是什麼以及怎麼使用本文不在贅述。在04年發佈的jdk5中，Java支持了泛型這個重要的特性。

Java裏的泛型實現方式是擦拭法（Type Erasure），所謂擦拭法是指：虛擬機對泛型其實一無所知，即JVM不認識T，所有的工作都是編譯器做的。

整個過程大概描述就是：Java代碼中編寫的泛型T，會被編譯器重寫爲Object存儲到字節碼中。在獲取T類型的數據時，又是從Object額外轉換類型爲T。

 

爲了驗證和理解上述過程，我們編寫一段演示代碼：

import java.util.ArrayList;

public class MyGenericList<T> {
    private ArrayList<T> _listContainer = new ArrayList<T>();

    public void add(T tt) {
        this._listContainer.add(tt);
    }

    public T Get(int positionIndex) {
        return _listContainer.get(positionIndex);
    }
}

 

public class Main {

    public static void main(String[] args) {
        var tt1 = new MyGenericList<String>();
        var tt2 = new MyGenericList<Integer>();

        tt1.add("hello1");
        tt2.add(0);

        System.out.println(tt1.Get(0));
        System.out.println(tt2.Get(0));
        System.out.println("tt1.getClass() == tt2.getClass() ="+(tt1.getClass() == tt2.getClass()));

        if(tt1 instanceof MyGenericList<String>){
            System.out.println("tt1 instanceof MyGenericList<String>  =true");
        }
    }
}

 

程序執行結果：

hello1
0
tt1.getClass() == tt2.getClass() =true
tt1 instanceof MyGenericList<String>  =true

 

爲了進一步驗證編譯器的結果，使用javacp反編譯字節碼得到內容如下：

Compiled from "MyGenericList.java"
public class MyGenericList<T> {
  public MyGenericList();
    Code:
       0: aload_0
       1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
       4: aload_0
       5: new           #7                  // class java/util/ArrayList
       8: dup
       9: invokespecial #9                  // Method java/util/ArrayList."<init>":()V
      12: putfield      #10                 // Field _listContainer:Ljava/util/ArrayList;
      15: return

  public void add(T);
    Code:
       0: aload_0
       1: getfield      #10                 // Field _listContainer:Ljava/util/ArrayList;
       4: aload_1
       5: invokevirtual #16                 // Method java/util/ArrayList.add:(Ljava/lang/Object;)Z
       8: pop
       9: return

  public T Get(int);
    Code:
       0: aload_0
       1: getfield      #10                 // Field _listContainer:Ljava/util/ArrayList;
       4: iload_1
       5: invokevirtual #20                 // Method java/util/ArrayList.get:(I)Ljava/lang/Object;
       8: areturn
}

  

Compiled from "Main.java"
public class Main {
  public Main();
    Code:
       0: aload_0
       1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
       4: return

  public static void main(java.lang.String[]);
    Code:
       0: new           #7                  // class MyGenericList
       3: dup
       4: invokespecial #9                  // Method MyGenericList."<init>":()V
       7: astore_1
       8: new           #7                  // class MyGenericList
      11: dup
      12: invokespecial #9                  // Method MyGenericList."<init>":()V
      15: astore_2
      16: aload_1
      17: ldc           #10                 // String hello1
      19: invokevirtual #12                 // Method MyGenericList.add:(Ljava/lang/Object;)V
      22: aload_2
      23: iconst_0
      24: invokestatic  #16                 // Method java/lang/Integer.valueOf:(I)Ljava/lang/Integer;
      27: invokevirtual #12                 // Method MyGenericList.add:(Ljava/lang/Object;)V
      30: getstatic     #22                 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
      33: aload_1
      34: iconst_0
      35: invokevirtual #28                 // Method MyGenericList.Get:(I)Ljava/lang/Object;
      38: checkcast     #32                 // class java/lang/String
      41: invokevirtual #34                 // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
      44: getstatic     #22                 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
      47: aload_2
      48: iconst_0
      49: invokevirtual #28                 // Method MyGenericList.Get:(I)Ljava/lang/Object;
      52: invokevirtual #40                 // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/Object;)V
      55: getstatic     #22                 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
      58: aload_1
      59: invokevirtual #42                 // Method java/lang/Object.getClass:()Ljava/lang/Class;
      62: aload_2
      63: invokevirtual #42                 // Method java/lang/Object.getClass:()Ljava/lang/Class;
      66: if_acmpne     73
      69: iconst_1
      70: goto          74
      73: iconst_0
      74: invokevirtual #46                 // Method java/io/PrintStream.println:(Z)V
      77: return
}

 

通過的MyGenericList類型的字節碼可以看到，兩處invokevirtual的參數確實只有Object類型，而沒有泛型T相關的內容。可以驗證反類型T經過編譯後就是Object。

 

繼續分析Main的字節碼，看到38行的代碼：

38: checkcast #32 // class java/lang/String

其中checkcast是jvm的操作碼，含義是檢查值是否爲給定的類型（此處即爲String類型），如果不是則拋出異常。

至此，可以看到Java泛型是編譯器層面支持的泛型，而jvm層面並不支持泛型。

 

 

基於上述分析，Java這種擦除法的泛型會帶來幾種使用限制：

 

1、T不能是基本類型int\bool等，比如這種就會報錯：類型實參不能爲基元類型

var tt3 = new MyGenericList<boolean>();

2、泛型T得到的Class都是同一個，即：

tt1.getClass() == tt2.getClass() =true