泛型的理解及应用（一）：泛型擦除

　　在笔者工作过程中，大略地知道Java在泛型设计上是一种“伪泛型”，存在着泛型擦除。在使用Gson编写工具类之前，我一直错误地认为：泛型的擦除就是把泛型内的实参全部替换成Object或者直接消灭泛型实参后生成Java的字节码文件。但我的工作笔记上面清楚地写着解决泛型擦除使用的两个方法：①在构造器内传递泛型相关类型 ②使用反射获取泛型实参

　　这一对比，擦除泛型实参生成字节码文件与使用反射获取泛型实参，这两个是矛盾的。如果能够使用反射获取出泛型实参，那么字节码文件肯定没有对泛型实参进行擦除。那泛型的擦除这块，虚拟机把泛型擦除了什么？在写这文章之前，一直把学到的东西推翻了再推翻，因此在这里写一些总结，免得以后自己再继续走一些弯路。

　　首先编写一些泛型类以及泛型方法、泛型变量。通过反编译工具对class文件进行反编译，查看class里面泛型实参是否真被擦除了。

　　因此构思内容如下：

　　1.编写一个水果的类，分别用草莓、苹果、橙几个类去继承水果类

　　2.编写销售员泛型类，类内含有泛型方法、泛型字段，以及泛型继承子类

　　3.编写测试代码，使用反射获取泛型类内的各项内容，查看是否能够获取相关的泛型

package com.genric.domain;

/**
 * @Author: Travelsky_CLSUN
 * @Date: Created on 17-5-8.下午3:39
 * @Description: 水果类
 */
public class Fruit
{
    private String name;
    private String color;

    public String getName()
    {
        return name;
    }

    public void setName(String name)
    {
        this.name = name;
    }

    public String getColor()
    {
        return color;
    }

    public void setColor(String color)
    {
        this.color = color;
    }

    public void showInfo()
    {
        System.out.println(this.name + ":" + this.color);
    }

}

public class Strawberry extends Fruit
{

}

public class Apple extends Fruit
{

}

public class Orange extends Fruit
{

}

package com.genric.domain;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

/**
 * @Author: Travelsky_CLSUN
 * @Date: Created on 17-5-8
 * @Description: 泛型销售员群体，该群体只卖水果
 */
public class Sellers<T extends Fruit>
{
    // 使用属性记录售卖某种水果的最佳日期
    public List<Strawberry> BerryDateList = new ArrayList<Strawberry>();
    public List<Apple> AppleDateList = new ArrayList<Apple>();
    public List<Orange> OrangeDateList = new ArrayList<Orange>();

    // 获取具体的水果品种售卖时间列表
    public List<Apple> getAppleList(List<Apple> eList)
    {
        
ArrayList<Apple> appleList  =  new  ArrayList<Apple> ();
return null;
    }

    // 使用泛型extends解决调用实体方法名称带来的异常
    public void getInfo(T t)
    {
        t.showInfo();
    }

    // 获取某种类水果日期销售列表
    public List<T> getList(List<T> eProduuctList)
    {
        return null;
    }

    public static <T> T getListByStatic(List<T> eList)
    {
        return null;
    }

}

/**
 * @Author: Travelsky_CLSUN
 * @Date: Created on 17-5-8
 * @Description: 卖橙的个体户
 * 在继承泛型类的时候必须明确继承类的泛型实参，如果父类属于不确定的泛型内容，则必须把子类也声明为不确定的泛型
 * eg：class SelfEmployed extends Sellers<T> 错误，必须指明子类的泛型参数
 * 正确签名如下：
 * 1.class SelfEmployed<T> extends Sellers<T>
 * 2.class SelfEmployed extends Sellers<Fruit>
 **/
public class SelfEmployed extends Sellers<Orange>
{

}

package com.genric.test;

import java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.Method;
import java.lang.reflect.ParameterizedType;
import java.util.List;

import org.junit.Test;

import com.genric.domain.SelfEmployed;
import com.genric.domain.Sellers;

/**
 * @Author: Travelsky_CLSUN
 * @Date: Created on 17-5-8
 * @Description: 测试类
 */
public class TestGenric
{
    /**
     * @Author: Travelsky_CLSUN
     * @Date: Created on 17-5-8
     * @Description: 测试泛型实参是否被擦除
     */
    @Test
    public void testGenricTypeExit() throws Exception
    {
        Class<?> sellersTemp = Sellers.class;
        ParameterizedType actualType = null;
        log("====根据反射获取泛型类、泛型字段以及泛型方法的类型====");
        // 测试使用反射获取泛型类的实际参数
        log("泛型类Sellers的泛型实参：" + sellersTemp.getTypeParameters()[0].getBounds()[0].toString());
        // 测试使用反射获取泛型类下泛型变量的实际参数
        Field fieldBerry = sellersTemp.getField("BerryDateList");
        log("泛型字段BerryDateList的类型：" + fieldBerry.getGenericType().toString());
        Method methodAppleList = sellersTemp.getMethod("getAppleList", new Class[]
        { List.class });
        actualType = (ParameterizedType) methodAppleList.getGenericParameterTypes()[0];
        log("泛型方法getAppleList的形式参数的类型：" + actualType.getActualTypeArguments()[0].toString());
        actualType = (ParameterizedType) methodAppleList.getGenericReturnType();
        log("泛型方法getAppleList的返回值的类型：" + actualType.getActualTypeArguments()[0].toString());
        Class<?> selfEmployed = SelfEmployed.class;
        actualType = (ParameterizedType) selfEmployed.getGenericSuperclass();
        log("泛型子类SelfEmployed的主类实参：" + actualType.getActualTypeArguments()[0]);

    }

    /**
     * @Author: Travelsky_CLSUN
     * @Date: Created on 17-5-8
     * @Description: 输出函数
     */
    private void log(String str)
    {
        System.out.println(str);
    }
}

　　如果泛型真的是全部擦除的话，通过反射应该没法获取到相关的泛型实参。但是运行测试代码，发现结果如下：

====根据反射获取泛型类、泛型字段以及泛型方法的类型====
泛型类Sellers的泛型实参：class com.genric.domain.Fruit
泛型字段BerryDateList的类型：java.util.List<com.genric.domain.StrawBerry>
泛型方法getAppleList的形式参数的类型：class com.genric.domain.Apple
泛型方法getAppleList的返回值的类型：class com.genric.domain.Apple
泛型子类SelfEmployed的主类实参：class com.genric.domain.Orange

　　再使用JD-gui工具对Sellers泛型类进行反编译，发现结果如下：

         

　　从这反编译的内容上看，给了我一个错觉：泛型擦除没有把类以及方法、字段等元数据下的实参给擦除，只是擦除了方法内部的泛型实参（见getAppleList方法内的appleList）。

     基于这个错觉，我觉得可以在Sellers这个泛型类下面编写签名为 public List<T> getList(List<T> eProduuctList) 的方法，通过反射动态地获取到eProductList下的具体类型，从而不用再去写好几个获取某个品种最佳销售日期的函数（类似getAppleList这样的每次写一个获取相关实体列表的函数）。

　　所以，把getList方法写成了下面的样子，在反射的时候动态地获取泛型实参T类型。    

    // 获取某种类水果日期销售列表
    public List<T> getList(List<T> eProductList)
    {
        Class<?> paramClass = eProductList.getClass();
        System.out.println("before transfromer: " + paramClass);
        Type paramType = paramClass.getTypeParameters()[0].getBounds()[0];
        if (paramType instanceof ParameterizedType)
        {
            System.out.println(paramType);
            ParameterizedType genricType = (ParameterizedType) ((ParameterizedType) paramType)
                    .getActualTypeArguments()[0];
            System.out.println("actualType of eProductList is :" + genricType);
        }
        else
        {
            System.out.println("Type of eProductList is :" + paramType);
        }
        return null;
    }

    // 测试在泛型方法内动态获取泛型实参
    @Test
    public void testGetParameterType() throws Exception
    {
        Sellers<Apple> appleSellers = new Sellers<Apple>();
        appleSellers.getList(new ArrayList<Apple>());
    }

before transfromer: class java.util.ArrayList
Type of eProductList is :class java.lang.Object

　　由返回结果上面看来，通过反射根本不能动态地获取方法内的泛型实参。那为什么不能获取到相关的泛型实参，通过反射的时候获取到的是一个Object实参？我想了几个可能导致出现这个结果的猜想：①泛型擦除 ②方法是个动态方法，没关联到类的信息。

　　在这两个思考原因论证处理之前，先来回复无法使用反射该泛型参数的原因：Java在编译时会校验泛型参数，生成时会以泛型实参的上限类型替代真实的泛型实参。但，Java虚拟机会以签名的形式保留这些泛型实参类型(包括类的定义、泛型方法、泛型字段都会保留参数的签名信息)

　　因为保留的是签名，所以没法使用反射正确地获取到泛型的实际参数。假如把泛型类定义为Sellers<T>，假如在客户端代码传入了Sellers<Fruit>；同样地使用反射没法获取到Fruit这个泛型类实参，最多只能获取到一个"T"这样继承于Object的参数（只能获取到明确已经定义好的参数类型）。

　　关于猜想的第二点，获取不到是因为没关联到相关类的信息。这个猜想就有趣了。有这么多不确定性，原因都只有一个：在平时的使用里没多关注底层内容。在这个猜想下，我添加了一个静态的泛型方法。期望透过静态方法去查看是否存在泛型参数。于是有：

    // 测试泛型的静态方法
    public static <T> T getListByStatic(List<T> eList)
    {
        Class<?> paramClass = eList.getClass();
        System.out.println("before transfromer: " + paramClass);
        Type paramType = paramClass.getTypeParameters()[0].getBounds()[0];
        if (paramType instanceof ParameterizedType)
        {
            System.out.println(paramType);
            ParameterizedType genricType = (ParameterizedType) ((ParameterizedType) paramType)
                    .getActualTypeArguments()[0];
            System.out.println("actualType of eList is :" + genricType);
        }
        else
        {
            System.out.println("Type of eList is :" + paramType);
        }
        return null;
    }

 　　在泛型类调用这个静态方法的时候，编译器报错了！

   

　　这里需要指出的是：

　　1.关于静态泛型方法的声明.

　　静态泛型方法不能访问泛型类上面的变量。也就是说静态泛型方法不能因为方法定义在泛型类Seller<T>下而把静态方法签名写成以下样子：

public static T getListByStatic(List<T> eList) ，原因：静态方法使用的必须为静态引用，泛型实参T要在对象创建的时候才能确定下来，所以必须显式地把泛型引用变量显式定义在静态泛型方法上，例如  public static <E> E getListByStatic(List<E> eList) . 所以在泛型类下里面定义的静态泛型方法可能泛型参数T跟泛型类的T是一样的，但是代表的是两个不同的类型符号，而且该静态泛型方法也不会识别到泛型类中的变量T.

　　2.关于静态泛型方法的调用.

　　正如上面泛型类的声明所说，泛型实参T要在对象创建的时候才能确定下来。使用"类名<泛型实参>.静态方法名"这种方法去调用泛型静态方法根本没法调用，因为泛型方法根本不认识定义的泛型实参代表的类。只能通过"类名.方法名"的形式调用泛型静态方法。所以截图上面的调用应该更正为   Sellers.getListByStatic(new ArrayList<Apple>()) 

 　同样地使用静态泛型方法也不能动态获取到泛型参数的信息。在泛型静态方法的编写后，突然发现其实根本不用从方法参数内获取泛型实参，因为写的非静态方法全部都是跟泛型类挂钩的，只要能获取到泛型类的泛型实参就可以获取到方法内编写的实参（非泛型类下的方法实参真的没办法获取出来，除了传实参的类类型）。

　　那么有趣的来了，怎么能获取到泛型类里面的泛型实参呢，肯定有办法的！因为使用Gson时，Google使用了一个叫TokenType的对象用来捕获泛型实参信息。如果没法通过反射获取到的话，Google是使用何种方法把泛型实参的信息保存下来的？

　　在Google的Gson、Guice框架等里面用了比较多捕获泛型实参的方法，基本都是通过创建一个匿名类来获取的。不需要使用反射进行操作，原理也是通过获取类的声明得到某个泛型类的实参。因为匿名内部类会以子类的方式把主类的签名信息保存下来，从而达到类似"动态"获取泛型实参。

    // 测试通过匿名内部类获取泛型实参
    @Test
    public void testGetTypeByAnonymousClass()
    {
        Sellers<Apple> sellers = null;
        // 主类类型
        Type sellerType = null;
        // 泛型实参类型
        Type paramType = null;
        log("-------非匿名子类+反射获取到的类类型---------");
        sellers = new Sellers<Apple>();
        sellerType = sellers.getClass().getGenericSuperclass();
        log("Sellers主类带参数泛型实体为:" + sellerType.toString());
        // 无法转换，在方法体内定义的泛型实参，均向上擦除为Object(无签名)
        // paramType = ((ParameterizedType) sellerType).getActualTypeArguments()[0];
        log("--------匿名子类+反射获取到的类类型---------");
        sellers = new Sellers<Apple>()
        {
        };
        sellerType = sellers.getClass().getGenericSuperclass();
        // 返回T则说明没法通过反射动态获取到泛型实参
        log("Sellers主类带参数泛型实体为:" + sellerType.toString());
        paramType = ((ParameterizedType) sellerType).getActualTypeArguments()[0];
        log("泛型实体的类型为：" + paramType);
    }

　　正如上面所说，泛型实参只会在类、字段及方法参数内保存其签名。在方法体内的泛型实参均不作任何保留统统擦除。但是在测试匿名子类的代码里面，获取到了泛型实参。结果如下：

-------非匿名子类+反射获取到的类类型---------
Sellers主类带参数泛型实体为:class java.lang.Object
--------匿名子类+反射获取到的类类型---------
Sellers主类带参数泛型实体为:com.genric.domain.Sellers<com.genric.domain.Apple>
泛型实体的类型为：class com.genric.domain.Apple

　　在文章末尾，再总结下个人对Java泛型使用的一些看法：

　1.泛型实参只会在类、字段及方法参数内保存其签名，无法通过反射动态获取泛型实例的具体实参。

   2.需要获取泛型实参的情况下，方法有三；①通过传递实参类型 ②明确定义泛型实参类型，通过反射获取签名 ③通过匿名类捕获相关的泛型实参

　　最后，附上参考文章及部分论点：

　　1.泛型的擦除及泛型实参存储位置

　　2.泛型的擦除了什么

　　3.静态泛型方法无法使用泛型类实体参数及其原因

　　4.匿名内部类的存在意义及使用

　　5.匿名内部类详解

　　6.匿名子类获取泛型实参

　　7.使用反射获取泛型方法签名

 　附件：源码及测试代码下载