JVM如何理解Java泛型类

//泛型代码
public class Pair<T>{
private T first=null;
private T second=null;
public Pair(T fir,T sec){
this.first=fir;
this.second=sec;
}
public T getFirst(){
return this.first;
}
public T getSecond(){
return this.second;
}
public void setFirst(T fir){
this.first=fir;
}
}

上面是一个很典型的泛型(generic)代码。T是类型变量，可以是任何引用类型。

1、Generic class 创建对象

 Pair<String> pair1=new Pair("string",1); ...①

 Pair<String> pair2=new Pair<String>("string",1) ...②

 有个很有趣的现象: ①代码在编译期不会出错，②代码在编译期会检查出错误。

 这个问题其实很简单

 (1) JVM本身并没有泛型对象这样的一个特殊概念。所有的泛型类对象在编译器会全部变成普通类对象（这一点会在下面详细阐述）。

 比如①,②两个代码编译器全部调用的是 Pair(Object fir, Object sec)这样的构造器。

 因此代码①中的new Pair("string",1)在编译器是没有问题的，毕竟编译器并不知道你创建的Pair类型中具体是哪一个类型变量T，而且编译器肯定了String对象和Integer对象都属于Object类型的。

 但是一段运行pair1.getSecond()就会抛出ClassCastException异常。这是因为JVM会根据第一个参数"string"推算出T类型变量是String类型，这样getSecond也应该是返回String类型，然后编译器已经默认了second的操作数是一个值为1的Integer类型。当然就不符合JVM的运行要求了，不终止程序才怪。

 (2) 但代码②会在编译器报错，是因为new Pair<String>("string",1)已经指明了创建对象pair2的类型变量T应该是String的。所以在编译期编译器就知道错误出在第二个参数Integer了。

 小结一下：

 创建泛型对象的时候，一定要指出类型变量T的具体类型。争取让编译器检查出错误，而不是留给JVM运行的时候抛出异常。

2、JVM如何理解泛型概念 —— 类型擦除

 事实上，JVM并不知道泛型，所有的泛型在编译阶段就已经被处理成了普通类和方法。

 处理方法很简单，我们叫做类型变量T的擦除(erased) 。

 无论我们如何定义一个泛型类型，相应的都会有一个原始类型被自动提供。原始类型的名字就是擦除类型参数的泛型类型的名字。

 如果泛型类型的类型变量没有限定(<T>) ，那么我们就用Object作为原始类型；

 如果有限定(<T extends XClass>)，我们就XClass作为原始类型；

 如果有多个限定(<T extends XClass1&XClass2>)，我们就用第一个边界的类型变量XClass1类作为原始类型；

 比如上面的Pair<T>例子，编译器会把它当成被Object原始类型替代的普通类来替代。

//编译阶段：类型变量的擦除
ublic class Pair{
private Object first=null;
private Object second=null;
public Pair(Object fir,Object sec){
this.first=fir;
this.second=sec;
}
public Object getFirst(){
return this.first;
}
public void setFirst(Object fir){
this.first=fir;
}
}

3、泛型约束和局限性—— 类型擦除所带来的麻烦

(1) 继承泛型类型的多态麻烦。（—— 子类没有覆盖住父类的方法）

看看下面这个类SonPair

class SonPair extends Pair<String>{
public void setFirst(String fir){....}
}

很明显，程序员的本意是想在SonPair类中覆盖父类Pair<String>的setFirst(T fir)这个方法。但事实上，SonPair中的setFirst(String fir)方法根本没有覆盖住Pair<String>中的这个方法。

原因很简单，Pair<String>在编译阶段已经被类型擦除为Pair了，它的setFirst方法变成了setFirst(Object fir)。那么SonPair中 setFirst(String)当然无法覆盖住父类的setFirst(Object)了。

这对于多态来说确实是个不小的麻烦，我们看看编译器是如何解决这个问题的。

编译器 会自动在 SonPair中生成一个桥方法(bridge method ) ：

           public void setFirst(Object fir){

                   setFirst((String) fir)

            }

      这样,SonPair的桥方法确实能够覆盖泛型父类的setFirst(Object) 了。而且桥方法内部其实调用的是子类字节setFirst(String)方法。对于多态来说就没问题了。

问题还没有完，多态中的方法覆盖是可以了，但是桥方法却带来了一个疑问：

现在，假设我们还想在 SonPair 中覆盖getFirst()方法呢？

class SonPair extends Pair<String>{
public String getFirst(){....}
}

由于需要桥方法来覆盖父类中的getFirst，编译器会自动在SonPair中生成一个 public Object getFirst()桥方法。

但是，疑问来了，SonPair中出现了两个方法签名一样的方法(只是返回类型不同)：

①String getFirst() // 自己定义的方法

②Object getFirst() // 编译器生成的桥方法

难道，编译器允许出现方法签名相同的多个方法存在于一个类中吗？

事实上有一个知识点可能大家都不知道：

      ① 方法签名确实只有方法名+参数列表。这毫无疑问！

      ② 我们绝对不能编写出方法签名一样的多个方法。如果这样写程序，编译器是不会放过的。这也毫无疑问！

      ③ 最重要的一点是：JVM会用参数类型和返回类型来确定一个方法。一旦编译器通过某种方式自己编译出方法签名一样的两个方法(只能编译器自己来创造这种奇迹，我们程序员却不能人为的编写这种代码)。JVM还是能够分清楚这些方法的，前提是需要返回类型不一样。

(2) 泛型类型中的方法冲突

还是来看一段代码：

//在上面代码中加入equals方法
public class Pair<T>{
public boolean equals(T value){
return (first.equals(value));
}
}

这样看似乎没有问题的代码连编译器都通过不了：

【Error】 Name *: The method equals(T) of type Pair<T> has the same erasure as equals(Object) of type Object but does not override it。

编译器说你的方法与Object中的方法冲突了。这是为什么?

开始我也不太明白这个问题，觉得好像编译器帮助我们使得equals(T)这样的方法覆盖上了Object中的equals(Object)。经过大家的讨论，我觉得应该这么解释这个问题？

首先、我们都知道子类方法要覆盖，必须与父类方法具有相同的方法签名（方法名+参数列表）。而且必须保证子类的访问权限>=父类的访问权限。这是大家都知道的事实。

然后、在上面的代码中，当编译器看到Pair<T>中的equals(T)方法时，第一反应当然是equals(T)没有覆盖住父类Object中的equals(Object)了。

接着、编译器将泛型代码中的T用Object替代（擦除）。突然发现擦除以后equals(T)变成了equals(Object)，糟糕了，这个方法与Object类中的equals一样了。基于开始确定没有覆盖这样一个想法，编译器彻底的疯了(精神分裂)。然后得出两个结论：①坚持原来的思想：没有覆盖。但现在一样造成了方法冲突了。 ②写这程序的程序员疯了(哈哈)。

再说了，拿Pair<T>对象和T对象比较equals，就像牛头对比马嘴，哈哈，逻辑上也不通呀。

(3) 没有泛型数组一说

Pair<String>[] stringPairs=new Pair<String>[10];

Pair<Integer>[] intPairs=new Pair<Integer>[10];

这种写法编译器会指定一个Cannot create a generic array of Pair<String>的错误

我们说过泛型擦除之后，Pair<String>[]会变成Pair[]，进而又可以转换为Object[];

假设泛型数组存在，那么

Object[0]=stringPairs[0]; Ok

Object[1]=intPairs[0]; Ok

这就麻烦了，理论上将Object[]可以存储所有Pair对象，但这些Pair对象是泛型对象，他们的类型变量都不一样，那么调用每一个Object[]数组元素的对象方法可能都会得到不同的记过，也许是个字符串，也许是整形，这对于JVM可是无法预料的。

记住：数组必须牢记它的元素类型，也就是所有的元素对象都必须一个样，泛型类型恰恰做不到这一点。即使Pair<String>,Pair<Integer>... 都是Pair类型的，但他们还是不一样。

总结：泛型代码与JVM

    ① 虚拟机中没有泛型，只有普通类和方法。

    ② 在编译阶段，所有泛型类的类型参数都会被Object或者它们的限定边界来替换。(类型擦除)

    ③ 在继承泛型类型的时候，桥方法的合成是为了避免类型变量擦除所带来的多态灾难。

分享到：

【解惑】
正确理解线程等待和释放(wait/ ... | 【解惑】正确的理解this
和 super

2009-12-16 11:08
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分类:编程语言
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41 楼 zhenwodefengcai 2013-03-21

40 楼 langshao 2010-01-19

prowl 写道

msnvip 写道

public class TestFan {
/**
* @param args
*
* User是一个空class
*/
public static void main(String[] args) {
;
test(null);
}
//
//不添加此方法.编译,运行没问题.输出显示调用的user
//添加此方法时候.编译期出错The method test(String) is ambiguous for the type TestFan
public static void test(String str)
{
System.out.println("string");
}
public static void test(User users)
{
System.out.println("user");
}
public static void test(Object users)
{
System.out.println("object");
}
}

请教下:

1.没添加那个方法时候.为什么调用的会是user的那个方法?

2.添加后为什么出错了

我觉得这可能是编译器的默认行为吧默认

Object , ? extends Object

类似多态？

2个子类，编译器识别不了了。。。

public class Test {
class A {
}
class B extends A {
}
public static void main(String[] args) {
test(null);
}
public static void test(A a) {
System.out.println("A");
}
public static void test(B b) {
System.out.println("B");
}
}

结果，编译通过，输出B。

public class Test {
class A {
}
class B {
}
public static void main(String[] args) {
test((B) null);
}
public static void test(A a) {
System.out.println("A");
}
public static void test(B b) {
System.out.println("B");
}
}

类A与B没有继承关系时，须将null强制转换。

因此，如果有继承关系的方法重载，会尽可能调用子类那个方法。

39 楼 bugmenot 2010-01-14

楼上的大大要看这个？

JVM_ENTRY(jobject, JVM_Clone(JNIEnv* env, jobject handle))
JVMWrapper("JVM_Clone");
Handle obj(THREAD, JNIHandles::resolve_non_null(handle));
const KlassHandle klass (THREAD, obj->klass());
JvmtiVMObjectAllocEventCollector oam;
#ifdef ASSERT
// Just checking that the cloneable flag is set correct
if (obj->is_javaArray()) {
guarantee(klass->is_cloneable(), "all arrays are cloneable");
} else {
guarantee(obj->is_instance(), "should be instanceOop");
bool cloneable = klass->is_subtype_of(SystemDictionary::cloneable_klass());
guarantee(cloneable == klass->is_cloneable(), "incorrect cloneable flag");
}
#endif
// Check if class of obj supports the Cloneable interface.
// All arrays are considered to be cloneable (See JLS 20.1.5)
if (!klass->is_cloneable()) {
ResourceMark rm(THREAD);
THROW_MSG_0(vmSymbols::java_lang_CloneNotSupportedException(), klass->external_name());
}
// Make shallow object copy
const int size = obj->size();
oop new_obj = NULL;
if (obj->is_javaArray()) {
const int length = ((arrayOop)obj())->length();
new_obj = CollectedHeap::array_allocate(klass, size, length, CHECK_NULL);
} else {
new_obj = CollectedHeap::obj_allocate(klass, size, CHECK_NULL);
}
// 4839641 (4840070): We must do an oop-atomic copy, because if another thread
// is modifying a reference field in the clonee, a non-oop-atomic copy might
// be suspended in the middle of copying the pointer and end up with parts
// of two different pointers in the field. Subsequent dereferences will crash.
// 4846409: an oop-copy of objects with long or double fields or arrays of same
// won't copy the longs/doubles atomically in 32-bit vm's, so we copy jlongs instead
// of oops. We know objects are aligned on a minimum of an jlong boundary.
// The same is true of StubRoutines::object_copy and the various oop_copy
// variants, and of the code generated by the inline_native_clone intrinsic.
assert(MinObjAlignmentInBytes >= BytesPerLong, "objects misaligned");
Copy::conjoint_jlongs_atomic((jlong*)obj(), (jlong*)new_obj,
(size_t)align_object_size(size) / HeapWordsPerLong);
// Clear the header
new_obj->init_mark();
// Store check (mark entire object and let gc sort it out)
BarrierSet* bs = Universe::heap()->barrier_set();
assert(bs->has_write_region_opt(), "Barrier set does not have write_region");
bs->write_region(MemRegion((HeapWord*)new_obj, size));
// Caution: this involves a java upcall, so the clone should be
// "gc-robust" by this stage.
if (klass->has_finalizer()) {
assert(obj->is_instance(), "should be instanceOop");
new_obj = instanceKlass::register_finalizer(instanceOop(new_obj), CHECK_NULL);
}
return JNIHandles::make_local(env, oop(new_obj));
JVM_END

38 楼 wgh-23 2009-12-20

学习了，多谢！

37 楼 yidao620c 2009-12-18

Heart.X.Raid 写道

mali0330 写道

我就想知道你是如何看到的JVM的源代码，可以和je分享一下么？谢谢

JDK 工具包里面都有一个src文件，里面是source code，但native方法，与虚拟机相关的部分没有公开。

你知道怎么看Object中的clone方法的vative代码吗？我很想看，一直找不到在哪。。。。。。。。 JVM如何理解Java泛型类

36 楼 Heart.X.Raid 2009-12-18

mali0330 写道

我就想知道你是如何看到的JVM的源代码，可以和je分享一下么？谢谢

JDK 工具包里面都有一个src文件，里面是source code，但native方法，与虚拟机相关的部分没有公开。

35 楼 mali0330 2009-12-18

我就想知道你是如何看到的JVM的源代码，可以和je分享一下么？谢谢

34 楼 prowl 2009-12-17

msnvip 写道

public class TestFan {
/**
* @param args
*
* User是一个空class
*/
public static void main(String[] args) {
;
test(null);
}
//
//不添加此方法.编译,运行没问题.输出显示调用的user
//添加此方法时候.编译期出错The method test(String) is ambiguous for the type TestFan
public static void test(String str)
{
System.out.println("string");
}
public static void test(User users)
{
System.out.println("user");
}
public static void test(Object users)
{
System.out.println("object");
}
}

请教下:

1.没添加那个方法时候.为什么调用的会是user的那个方法?

2.添加后为什么出错了

我觉得这可能是编译器的默认行为吧默认

Object , ? extends Object

类似多态？

2个子类，编译器识别不了了。。。

33 楼 prowl 2009-12-17

Heart.X.Raid 写道

class CM<MediaBean>有问题：

首先你要搞清楚你想要定义的类型是泛型类还是普通类。

如果是普通类，class CM implements ConvertMachine<MediaBean>就可以了。

如果是泛型类，正如你定义的一样CM<MediaBean>，编译器会把MediaBean理解为类型变量，相当于常用的T,S,K,V之类的符号。

既然编译器已经认定你定义的class CM<MediaBean>是一个泛型类，而且MediaBean是泛型变量的话。那么编译器理解MediaBean bean 也就认为相当于T bean。试问MediaBean(也就是T)在编译阶段不能够确定具体类型的情况下，MediaBean.getOffset()方法在哪里（也就相当于T.getOffset()方法）。

因此，编译器报错：The method getOffset() is undefined for the type MediaBean

注意，你定义的时候MediaBean已经是CM泛型类的类型变量了，再也不是你认为的某一个类了。一定要保持清醒。

我大概明白了，但是如果是这样的那具体的实现类都不能用泛型来检验编译时错误，只定义接口范围的泛型没什么意义啊。

实际上针对这种情况

public class A<T> extends B<T>{
void method(T param){
//do somthing
}
}

T param 等同于

final T param

局限性很大啊

32 楼 msnvip 2009-12-17

public class TestFan {
/**
* @param args
*
* User是一个空class
*/
public static void main(String[] args) {
;
test(null);
}
//
//不添加此方法.编译,运行没问题.输出显示调用的user
//添加此方法时候.编译期出错The method test(String) is ambiguous for the type TestFan
public static void test(String str)
{
System.out.println("string");
}
public static void test(User users)
{
System.out.println("user");
}
public static void test(Object users)
{
System.out.println("object");
}
}

请教下:

1.没添加那个方法时候.为什么调用的会是user的那个方法?

2.添加后为什么出错了

31 楼 Heart.X.Raid 2009-12-17

prowl 写道

有个疑问，不知道楼主能不能给解答下。（昨天写代码时遇到的）

接口：

interface ConvertMachine<T>{
/**
* convert the list to byte stream.
* @param list contains media and audio object
* @param key file name except expansion name
* @return
*/
ByteBuffer toByteStream(List<T> list,String key);
/**
* be used to test
* @param file
*/
void reverse(File file);
}

实现类：

引用

class CM<MediaBean> implements ConvertMachine<MediaBean> {

 @Override

 public ByteBuffer toByteStream(List<MediaBean> list, String key) {

 ByteBuffer buf = null;

 RandomAccessFile forh264 = null;

 RandomAccessFile foraac = null;

 File h264 = new File(key + ".h264");

 File aac = new File(key + ".aac");

 try {

 int offsetsum = 0;

 for (MediaBean bean : list) {

 offsetsum = offsetsum + bean.getOffset();

 }

 //后面省略掉

 }

 @Override

 public void reverse(File file) {

 //be used to test ,implements lazy

 }

 }

实现类代码，无红色部分，如写红色部分，编译器会绿色位置报错（IDEA）。

十分不解！

30 楼 prowl 2009-12-17

有个疑问，不知道楼主能不能给解答下。（昨天写代码时遇到的）

接口：

interface ConvertMachine<T>{
/**
* convert the list to byte stream.
* @param list contains media and audio object
* @param key file name except expansion name
* @return
*/
ByteBuffer toByteStream(List<T> list,String key);
/**
* be used to test
* @param file
*/
void reverse(File file);
}

实现类：

引用

实现类代码，无红色部分，如写红色部分，编译器会绿色位置报错（IDEA）。

十分不解！

29 楼 Heart.X.Raid 2009-12-17

http://topic.csdn.net/u/20091216/20/e882995f-8932-4a02-af87-e25229f33735.html?45935

另外，我在也CSDN发帖了，其中3楼和6楼的回答也有道理。大家可以去看看。

28 楼 Heart.X.Raid 2009-12-17

qianhd 写道

引用

(1) Java编译器没有泛型对象这样的一个特殊概念。它会将所有泛型类的对象全部理解成为普通类对象（这一点会在下面详细阐述）。

此处应该是笔误在最后也提到是Java虚拟机中不存在泛型概念

换言之运行态没有泛型,泛型只存在于编译期

楼主的文章用词还需要斟酌否则容易误导别人

另外,编译时也不是完全当作原始类型处理,比较一下泛型生成的class和原始类型生成的class大小就知道了.

编译器定义方法签名是方法名+参数列表

所以我们不能写出只有返回类型不同的方法

但是虚拟机中方法签名是返回类型+方法名+参数列表,虚拟机知道如何定位方法.

不是笔误，是自己考虑不周全。受教了，谢谢你，我已经修改过来了。

27 楼 Heart.X.Raid 2009-12-17

langyu 写道

【Error】 Name *: The method equals(T) of type Pair<T> has the same erasure as equals(Object) of type Object but does not override it。

不就表示擦除后的T变成object了，和Object类的equals(Object)方法是一样的，没有进行重写呀

还有其它玄机吗？

是这样的。

既然Pair<T>擦除以后equals方法变成了equals(Object)，是不是和父类Object中的equals(Object)一样了，那么子类Pair<T>是不是就覆盖了Object的方法，也就是方法的重写。那么应该是override it。为什么编译器会认为没有覆盖那。

我觉的18楼liu78778的解释可以理解，不过不知道有没有能够证实这个想法的。

还是感谢大家的讨论。

26 楼 Heart.X.Raid 2009-12-17

liu78778 写道

JackAndroid 写道

haojia0716 写道

编译器就是这样说的

Name *: The method equals(T) of type TT<T> has the same erasure as equals(Object) of type Object but does not override it

有什么看不懂的

equals(Object)和equals(T)擦除后是一样的

你自己前面也说到了这里的T对于编译器来说就是Object

如果对编译器来说是一样，那么为什么不算是override?

不要光看提示信息，就想当然。

不能说对编译器来是完全一样, 应该说编译后是完全一样, 而编译时, 编译器会验证重载的一些判定

在这里, 编译器的工作大概有几步:

1. 编译器首先根据方法签名判断子类的equals方法是个新的方法(因为你使用的T作为参数), 与父类Object的equals方法并不产生重载关系

2. 编译器进行泛型擦除

3. 编译器发现擦除之后出现了两个完全一致的equals(Object)方法, 而子类的equal方法是擦除产生的和定义时的equals(T)对应, 这时编译器不知道你到底是想重载还是在定义一个新的equals

4. 可以预期的是, 如果编译器放过这段代码, 那么在调用equals方法时, jvm无法知道到底是在调用哪一个equals方法(因为同时存在两个equals方法, 而却不是重载关系)

所以编译器为确保代码安全, 会报错:

名称冲突：类型 Test<T> 的方法 equals（T）与类型 Object 的 equals（Object）具有相同的擦除，但是未覆盖它

我觉得有道理：

在擦除以前编译器认为equals(T)是一个新方法，没有覆盖到Object中的equals(Object)。当编译器擦除完后发现这个equals(T)变成了equals(Object)。估计把编译器搞疯了。

但是不知道有没有这种想法的佐证：比如编译器是先进行类型检查再进行泛型方法的擦除工作。

25 楼 Heart.X.Raid 2009-12-17

miaow 写道

都擦除了，没什么额外处理

应该有额外处理，所以这几天都在看虚拟机。JVM是知道用什么具体类型来处理Object的

24 楼 Heart.X.Raid 2009-12-17

<div class="quote_title">hankesi2000 写道</div>

<div class="quote_div">

<div class="quote_title">Heart.X.Raid 写道</div>

<div class="quote_div">

 

3、泛型约束和局限性—— 类型擦除所带来的麻烦



(1) 继承泛型类型的多态麻烦。（—— 子类没有覆盖住父类的方法） 





 





 

 ..................

 编译器

会自动在

SonPair中生成一个桥方法(bridge method

)

：

 

 public void setSecond(Object sec){ 

 setSecond((String) sec) 

 }

 

</div>

 

 

 红色部分的方法应该是setFirst吧？

 

 呵呵，总体写的挺好的！

</div>

 

是的，太谢谢你了，写的太不仔细了。谢谢指出。现在已经改过来了

23 楼 qianhd 2009-12-17

Heart.X.Raid 写道

haojia0716 写道

我也很纳闷，擦除后是一样的，那么Pair<T>不是正好覆盖了Object中的equals方法吗，为什么会有冲突。

class A{

public void a(){}

}

class B extends A{

public void a(){}

}

B中的a()和A中的a()不也是一样的吗，为什么没有说冲突呢？

还希望牛人指点。谢谢大家

//方法1
public void test(List<String> list)
{
System.out.println("List<String>");
}
//方法2
public ArrayList test(List<Object> list)
{
System.out.println("List<Object>");
return null;
}
//方法3
public void test(List<Object> list)
{
System.out.println("List<Object>");
}
//方法4
public ArrayList test(List<String> list)
{
System.out.println("List<Object>");
return null;
}

你只要想通这4个方法自然就明白了

22 楼 qianhd 2009-12-17

引用

(1) Java编译器没有泛型对象这样的一个特殊概念。它会将所有泛型类的对象全部理解成为普通类对象（这一点会在下面详细阐述）。

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