Java 泛型的实现原理是类型擦除，想要用好泛型，解决一些泛型的“疑难杂症”问题，就要正确理解和使用类型擦除。

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1 什么是类型擦除（Type Erasure）

泛型是 java 1.5 版本引进的新特性，Java 1.5 前没有泛型。但是，为什么泛型的代码和之前版本的代码能够很好地兼容呢？

这是因为， 泛型信息只存在于代码编译时，在进入 JVM 之前，与泛型相关的信息就会被擦掉，专业术语叫做类型擦除 。也可以简单理解为：将泛型 Java 代码，转换为普通 Java 代码，只是编译器更直接，将泛型 Java 代码，直接转换成了普通 Java 字节码 。

类型擦除的关键，是从泛型类型中清除类型参数的相关信息，在必要时，再添加类型检查和类型转换的方法。

2 为什么要用类型擦除

在泛型中使用类型擦除，主要是为了“向后兼容”，保证 1.5 版本的程序，在 8.0 版本上也可以运行，让非泛型的 Java 程序，在后续支持泛型的 JVM 上也可以运行。

代码示例：

下面展示的两种代码，在编译成 Java虚拟机 汇编码是一样的。因此，无论函数的返回类型是T，还是我们主动写强转，最后都是插入一条 checkcast 语句而已。

 class SimpleHolder{
     private  Object obj;
    public Object getObj() {
        return obj;
    }
    public  void  setObj(Object obj) {
        this.obj = obj;
    }
}
SimpleHolder holder = new SimpleHolder();
holder.setObj("Item");
 String  s = (String)holder.getObj();
class GenericHolder<T>{
    private T obj;
    public T getObj() {
        return obj;
    }
    public void setObj(T obj) {
        this.obj = obj;
    }
}
GenericHolder<String> holder = new GenericHolder<String>();
holder.setObj("Item");
String s = holder.getObj();  

 aload_1
invokevirtual // Method get: ()Object
checkcast // class java/lang/String
astore_2
return  

我们可以理解为：

• 之前非泛型的写法，编译成的虚拟机汇编码块是 A ；
• 之后的泛型写法，只是在 A 的前面、后面“插入”了其它的汇编码，这并不会破坏 A 这个整体。

这样既把非泛型“扩展为泛型”，又兼容了非泛型。

3 类型擦除的优缺点

Java 的泛型使用类型擦除，只是在编译时做类型检查、在运行时擦除，共享代码好，但是类型精度一般。

4 类型擦除的使用原则

• 消除类型参数声明，即删除 <> 、及其包围的部分；
• 根据类型参数的上下界推断并替换所有的类型参数为原生态类型：如果类型参数是无限制通配符、或没有上下界限定，则替换为Object；如果存在上下界限定，则根据子类替换原则，取类型参数的最左边限定类型（即父类）；
• 为了保证类型安全，必要时插入强制类型转换代码；
• 自动产生“桥接方法”，以保证擦除类型后的代码仍然具有泛型的“多态性”。

5 类型擦除的过程

类型擦除的过程：

• 将所有的泛型参数，用其最左边界类型（最顶级的父类型）替换；
• 移除所有的类型参数。

代码示例：

 interface Comparable <A> {
  public int compareTo( A that);
}
final class NumericValue implements Comparable <NumericValue> {
  priva te  byte  value; 
  public  NumericValue (byte value) { this.value = value; } 
  public  byte getValue() { return value; } 
  public  int compareTo( NumericValue t hat) { return this.value - that.value; }
}
－－－－－－－－－－－－－－－－－
class Collections { 
  public  static  <A  extends  Comparable<A>>A max(Collection <A> xs) {
     Iterator  <A> xi = xs.iterator();
    A w = xi.next();
    while (xi.hasNext()) {
      A x = xi.next();
      if (w.compareTo(x) < 0) w = x;
    }
    return w;
  }
}
final class Test {
  public static void main (String[ ] args) {
    LinkedList <NumericValue>  number List = new LinkedList <NumericValue> ();
    numberList .add(new NumericValue((byte)0)); 
    numberList .add(new NumericValue((byte)1)); 
    NumericValue y = Collections.max( numberList ); 
  }
}  

经过类型擦除后的类型：

  interface Comparable {
  public int compareTo( Object that);
}
final class NumericValue implements Comparable {
  priva te byte value; 
  public  NumericValue (byte value) { this.value = value; } 
  public  byte getValue() { return value; } 
  public  int compareTo( NumericValue t hat)   { return this.value - that.value; }
  public  int compareTo(Object that) { return this.compareTo((NumericValue)that);  }
}
－－－－－－－－－－－－－
class Collections { 
  public static Comparable max(Collection xs) {
    Iterator xi = xs.iterator();
    Comparable w = (Comparable) xi.next();
    while (xi.hasNext()) {
      Comparable x = (Comparable) xi.next();
      if (w.compareTo(x) < 0) w = x;
    }
    return w;
  }
}
final class Test {
  public static void main (String[ ] args) {
    LinkedList numberList = new LinkedList();
    numberList .add(new NumericValue((byte)0));  ，
    numberList .add(new NumericValue((byte)1)); 
    NumericValue y = (NumericValue) Collections.max( numberList ); 
  }
}  

第一段代码示例中，泛型类 Comparable <A> 擦除后， A 被替换为最左边界 Object 。Comparable<NumericValue> 的类型参数 NumericValue 被擦除掉，这直接导致了 NumericValue 没有实现接口 Comparable 的 compareTo(Object that) 方法。于是，编译器充当好人，添加了一个桥接方法。

第二段代码示例中，限定了类型参数的边界 <A extends Comparable<A>>A ， A 必须为Comparable<A> 的子类。按照类型擦除的过程，先将所有的类型参数替换为最左边界Comparable<A>，然后去掉参数类型 A ，得到最终擦除后的结果。

6 类型擦除的使用示例

这是一道经典的测试题：

 List<String> l1 = new ArrayList<String>();
List<Integer> l2 = new ArrayList<Integer>();
        
System.out.println(l1.getClass() == l2.getClass());  

输出结果是 true ，是因为 List<String>和 List<Integer>，在 JVM 中的 Class 都是 List.class ，泛型信息被擦除了。

可能有同学会问，类型 String 和 Integer 怎么办？

答案是 泛型转译 。

 public class Erasure <T>{
    T object;
    public Erasure(T object) {
        this.object = object;
    }
}  

输出结果：

 erasure class is:com.frank.test.Erasure  

Class 的类型仍然是 Erasure 形式，而不是 Erasure<T>这种形式。

那么，泛型类中 T 的类型，在 JVM 中是什么类型呢？

 Field[] fs = eclz.getDeclaredFields();
for ( Field f:fs) {
    System.out.println("Field name "+f.getName()+" type:"+f.getType().getName());
}
  

输出结果：

 Field name object type:java.lang.Object  

是不是说，泛型类被类型擦除后，相应的类型就被替换成了 Object 类型呢？

这种说法，不完全正确。

我们更改一下代码。

 public class Erasure <T extends String>{
//	public class Erasure <T>{
    T object;

    public Erasure(T object) {
        this.object = object;
    }
}
  

输出结果：

 Field name object type:java.lang.String  

我们现在可以下结论了，在泛型类被类型擦除时，之前泛型类中的类型参数：

• 如果没有指定上限，如 <T> ，类型参数就会被转译成普通的 Object 类型；
• 如果指定了上限，如 <T extends String>，类型参数就被替换成类型上限。

所以，在反射中：

 public class Erasure <T>{
    T object;
    public Erasure(T object) {
        this.object = object;
    }
    
    public void add(T object){
    }
}  

add() 这个方法对应的 Method 的签名，应该是 Object.class。

 Erasure<String> erasure = new Erasure<String>("hello");
Class eclz = erasure.getClass();
System.out.println("erasure class is:"+eclz.getName());

Method[] methods = eclz.getDeclaredMethods();
for ( Method m:methods ){
    System.out.println(" method:"+m.toString());
}  

输出结果：

 method:public void com.frank.test.Erasure.add(java.lang.Object)  

如果要在反射中找到 add 对应的 Method，我们应该调用 getDeclaredMethod(“add”,Object.class)，否则程序会报错，提示没有这么一个方法，原因就是类型擦除时，T 被替换成 Object 类型了。

总结

Java 泛型的实现原理 是 类型擦除 ，理解 类型擦除 ，有利于我们绕过开发当中可能遇到的雷区，也能让我们绕过泛型本身的一些限制。

但是，类型擦除自身也有一些局限性，它会擦除掉很多继承相关的特性，引发了一些新的问题，具体我们在下一篇连载中详解。

以上，是关于 类型擦除 type erasure 的 介绍。实践出真知，利于消化，建议大家多动手练习。

我是大全哥，持续更新成体系的 Java 核心技术。

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我们下期见~

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