Java泛型中的类型擦除以及Type接口

Java 泛型（generics）是JDK1.5中引入的一个新特性，其本质是参数化类型，解决不确定具体对象类型的问题;其所操作的数据类型被指定为一个参数（type parameter）这种参数类型可以用在类、接口和方法的创建中，分别称为泛型类、泛型接口、泛型方法。

但是在Java中并不是真正的泛型，实际上是“伪泛型”

类型擦除（type Erasure）

为了与之前的版本兼容，JDK1.5中通过类型擦除来增加的泛型功能。Java泛型只是在编译器层次上，在编译后生成的字节码中是不包含泛型中类型的信息的。
通过一个例子来证明类型擦除

public class main {

    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<String> sList = new ArrayList<String>();
        ArrayList<Integer> iList = new ArrayList<Integer>();
        System.out.println(sList.getClass() == iList.getClass());
    }
}

上面定义了两个ArrayList，一个是ArrayList<String>泛型类型的,一个是ArrayList<Integer>类型的，但是最后打印的是true，说明两个类型相同。
用javap -c看一下生成的生成的字节码

可以看到在字节码中，ArrayList<String>和ArrayList<Integer>都被编译成了ArrayList类型，可见编译后发生了类型擦除。

既然编译后发生了类型擦除，那么虚拟机解析、反射等场景是怎么获取到正确的类型的？

在JDk1.5中增加泛型的同时，JCP组织修改了虚拟机规范，增加了Signature、LocalVariableTypeTable新属性。
用javap -v查看一下字节码，在main方法中包含一段

LocalVariableTypeTable:
 Start  Length  Slot  Name   Signature
   8      31     1 sList   Ljava/util/ArrayList<Ljava/lang/String;>;
   16      23     2 iList   Ljava/util/ArrayList<Ljava/lang/Integer;>;

LocalVariableTypeTable是一个可选属性，如果存在泛型，则会出现这个属性。在Signature下包含了泛型的信息。

接下来，看这段代码

ArrayList<String> sList = new ArrayList<String>();
sList.add("111");
String s = sList.get(0);

类型擦除之后，当调用sList.get(0)是如何确保返回的值不会和String不匹配呢？
用javap -c查看一下字节码

public class com.example.demo.test.main {
       // .....省略
  public static void main(java.lang.String[]) throws java.lang.NoSuchFieldException;
    Code:
       0: new           #2                  // class java/util/ArrayList
       3: dup
       4: invokespecial #3                  // Method java/util/ArrayList."<init>":()V
       7: astore_1
       8: aload_1
       9: ldc           #4                  // String 111
      11: invokevirtual #5                  // Method java/util/ArrayList.add:(Ljava/lang/Object;)Z
      14: pop
      15: aload_1
      16: iconst_0
      17: invokevirtual #6                  // Method java/util/ArrayList.get:(I)Ljava/lang/Object;
      20: checkcast     #7                  // class java/lang/String
      23: astore_2
      24: return
}

在#7处有一个checkcast指令，checkcast用于检查类型强制转换是否可以进行，也就是泛型在获取值的时候进行了强制类型转换。

再来看看下面这段代码

首先定义一个Java泛型类

public class GenericClass<T> {

    private T value;

    public T getValue() {
        return value;
    }

    public void setValue(T value) {
        this.value = value;
    }
}

再定义一个子类继承它

public class GenericClassTest extends GenericClass<Integer> {

    @Override
    public void setValue(Integer value) {
        super.setValue(value);
    }

    @Override
    public Integer getValue(){
        return super.getValue();
    }
}

在GenericClassTest中将GenericClass的泛型定义为Integer类型，并重写了get和set方法，因为存在类型擦除，父类GenericClass的泛型被擦除了。
用javap -c 查看一下GenericClass编译后的字节码

可以看到类型擦除后泛型变为了Object。那么GenericClass也就变为了

public class GenericClass {

    private Object value;

    public Object getValue() {
        return value;
    }

    public void setValue(Object value) {
        this.value = value;
    }
}

这样，父类GenericClass中set和get方法操作的是Object对象，而子类GenericClassTest 操作的是Integer对象，为什么还可以重写？按照正常的继承关系中，这应该是重载。
按照重载的方式试一下

可以看到设置Object对象出现了红波浪线，不允许这样设置，看来确实是重写，而不是重载。为什么会时重写，这不是跟Java多态冲突么？继续往下研究。
现在用javap -c看一下子类GenericClassTest的字节码文件

在GenericClassTest中get和/set方法都有两个，一个是操作Object对象一个是操作Integer对象。
操作Integer对象的是GenericClassTest定义的，操作Object对象的是由编译器生成的。
再用javap -v 查看一下字节码更详细的信息。

编译器生成的两个操作Object对象的方法中多了两个ACC_BRIDGE、ACC_SYNTHETIC标志。
这就是虚拟机解决类型擦除和多态冲突问题的方法：使用桥接方法。
桥接方法方法是由编译器生成的，我们在代码中并不能直接使用，但是可以通过反射拿到桥接方法再使用。

泛型一旦编译过后，类型就被擦除了，那到了运行时，怎么获取泛型信息？这就要使用JDK提供的Type类型接口了。

Type类型

在没有泛型之前，所有的类型都通过Class类进行抽象，Class类的一个具体对象就代表了一个类型。
在JDK1.5增加了泛型之后，扩充了数据类型，将泛型也包含了。
JDK在原来的基础上增加了一个Type接口，它是所有类型的父接口，它的子类有

Class类：原始/基本类型，包括平时我们所有的类、枚举、数组、注解，还有int、float等基本类型
ParameterizedType接口：参数化类型，比如List<String>
TypeVariable接口：类型变量，比如List<T>中的T就是参数化变量
GenericArrayType接口：数组类型，比如List<String>[]、T[]
WildcardType接口：泛型表达式类型，比如List< ? extends Number>

ParameterizedType

参数化类型，即带有参数的类型，也就是带有<>的类型

public interface ParameterizedType extends Type {
	    Type[] getActualTypeArguments();

	    Type getRawType();

     Type getOwnerType();
}

getActualTypeArguments(): 获取类型内部的参数化类型比如Map<K,V>里面的K，V类型。
getRawType(): 类的原始类型，比如Map<K,V>中的Map类型。
getOwnerType(): 获取所有者类型（只有内部类才有所有者，比如Map.Entry他的所有者就是Map），若不是内部类，此处返回null。

实例：

public class GenericClass<T> {
    private List<String> list;
    private List<T> tList;

    public static void main(String[] args) {
        Class<GenericClass> genericClassClass = GenericClass.class;
        Field[] declaredFields = genericClassClass.getDeclaredFields();
        for (Field declaredField : declaredFields) {
            Type genericType = declaredField.getGenericType();
            if (genericType instanceof ParameterizedType) {
                System.out.println("==========" + genericType.getTypeName() + "======ParameterizedType类型=====");
                ParameterizedType parameterizedType = (ParameterizedType) genericType;
                System.out.println("getActualTypeArguments:");
                Type[] actualTypeArguments = (parameterizedType).getActualTypeArguments();
                for (Type actualTypeArgument : actualTypeArguments) {
                    System.out.println("    " + actualTypeArgument);
                }
                Type rawType = (parameterizedType).getRawType();
                System.out.println("getRawType:");
                System.out.println("    " + rawType);

            }
        }
    }
}

输出

==========java.util.List<java.lang.String>======ParameterizedType类型=====
getActualTypeArguments:
    java.lang.String
getRawType:
    interface java.util.List
==========java.util.List<T>======ParameterizedType类型=====
getActualTypeArguments:
    T
getRawType:
    interface java.util.List

TypeVariable

类型变量，即泛型中的变量，例如：T、K、V等变量，可以表示任何类；

注意: 与ParameterizedType的区别，TypeVariable代表着泛型中的变量，而ParameterizedType则代表整个泛型。比如List<T>中，T是TypeVariable类型，List<T>是ParameterizedType类型

public interface TypeVariable<D extends GenericDeclaration> extends Type, AnnotatedElement {
	
    Type[] getBounds();
    
    D getGenericDeclaration();
    
    String getName();
    // JDK8新增的
    AnnotatedType[] getAnnotatedBounds();
}

getBounds()：类型对应的上限，默认为Object 可以有多个。比如List< T extends Number & Serializable>中的Number和Serializable
getGenericDeclaration()：获取声明该类型变量实体，比如GenericClass< T>中的GenericClass
getName()：获取类型变量在源码中定义的名称；

实例：

public class GenericClass<T extends Number> {
    private T t;

    public static void main(String[] args) {
        Class<GenericClass> genericClassClass = GenericClass.class;
        Field[] declaredFields = genericClassClass.getDeclaredFields();
        for (Field declaredField : declaredFields) {
            Type genericType = declaredField.getGenericType();
            if (genericType instanceof TypeVariable) {
                System.out.println("==========" + genericType.getTypeName() + "======TypeVariable类型=====");
                TypeVariable typeVariable = (TypeVariable) genericType;
                Type[] bounds = typeVariable.getBounds();
                System.out.println("getBounds：");
                for (Type bound : bounds) {
                    System.out.println("    " + bound);
                }
                System.out.println("getGenericDeclaration：");
                System.out.println("    " + typeVariable.getGenericDeclaration());
                System.out.println("getName：");
                System.out.println("    " + typeVariable.getName());


            }
        }
    }
}

输出：

==========T======TypeVariable类型=====
getBounds：
    class java.lang.Number
getGenericDeclaration：
    class com.example.demo.test.GenericClass
getName：
    T

GenericArrayType

泛型数组类型，用来描述ParameterizedType、TypeVariable类型的数组；例如：List<T>[] 、T[]、List<String>[]等。

注意： GenericArrayType是来描述与泛型相关的数组，与String[]、int[]、float[]这种类型不同。

public interface GenericArrayType extends Type {

	Type getGenericComponentType();
}

getGenericComponentType()：返回泛型数组中元素的Type类型，比如List<String>[] 中的 List<String>

实例：

public class GenericClass<T extends Number> {

    private List<String>[] lists;
    private T[] ts;

    public static void main(String[] args) {
        Class<GenericClass> genericClassClass = GenericClass.class;
        Field[] declaredFields = genericClassClass.getDeclaredFields();
        for (Field declaredField : declaredFields) {
            Type genericType = declaredField.getGenericType();

            if (genericType instanceof GenericArrayType) {
                GenericArrayType genericArrayType = (GenericArrayType) genericType;
                System.out.println("==========" + genericType.getTypeName() + "======GenericArrayType类型=====");
                Type genericComponentType = genericArrayType.getGenericComponentType();
                System.out.println("getGenericComponentType:");
                System.out.println("    " + genericComponentType);
            }
        }
    }
}

输出：

==========java.util.List<java.lang.String>[]======GenericArrayType类型=====
getGenericComponentType:
    java.util.List<java.lang.String>
==========T[]======GenericArrayType类型=====
getGenericComponentType:
    T

WildcardType

泛型表达式（通配符表达式）。例如：？ extend Number、？ super Integer。

注意： WildcardType虽然是Type的子接口，但不代表一种类型，，表示的仅仅是类似 ? extends T、? super K这样的通配符表达式。

public interface WildcardType extends Type {
	  
	Type[] getUpperBounds();
	 
	Type[] getLowerBounds();
}

getUpperBounds() 获得泛型表达式上界（上限）获取泛型变量的上边界（extends)
getLowerBounds() 获得泛型表达式下界（下限）获取泛型变量的下边界（super）

实例：

public class GenericClass<T extends Number> {
    private List<? extends Number> numbers;

    private List<? super Integer> integers;

    public static void main(String[] args) {
        Class<GenericClass> genericClassClass = GenericClass.class;
        Field[] declaredFields = genericClassClass.getDeclaredFields();
        for (Field declaredField : declaredFields) {
            Type genericType = declaredField.getGenericType();
            if (genericType instanceof ParameterizedType) {
                ParameterizedType parameterizedType = (ParameterizedType) genericType;

                Type[] actualTypeArguments = (parameterizedType).getActualTypeArguments();
                for (Type actualTypeArgument : actualTypeArguments) {
                    if(actualTypeArgument instanceof WildcardType){
                        System.out.println("==========" + actualTypeArgument.getTypeName() + "======WildcardType类型=====");
                        WildcardType wildcardType = (WildcardType) actualTypeArgument;
                        System.out.println("getUpperBounds:");
                        Type[] upperBounds = wildcardType.getUpperBounds();
                        for (Type upperBound : upperBounds) {
                            System.out.println("    "+ upperBound);
                        }
                        System.out.println("getLowerBounds:");
                        Type[] lowerBounds = wildcardType.getLowerBounds();
                        for (Type lowerBound : lowerBounds) {
                            System.out.println("    "+ lowerBound);
                        }

                    }
                }
            }

        }
    }
}

输出：

==========? extends java.lang.Number======WildcardType类型=====
getUpperBounds:
    class java.lang.Number
getLowerBounds:
==========? super java.lang.Integer======WildcardType类型=====
getUpperBounds:
    class java.lang.Object
getLowerBounds:
    class java.lang.Integer