类型擦除
  Java泛型中令人苦恼的地方或许是类型擦除了,特别是对于有C++经验的程序员。类型擦除是说Java泛型只能用于在编译期间的静态类型检查,然后编译器生成的代码会擦除相应的类型信息,这样到了运行期间实际上JVM根本知道泛型所代表的具体类型。这样做的目的是因为Java泛型是1.5之后才被引入的,为了保持向下的兼容性,所以只能做类型擦除来兼容以前的非泛型代码。对于这一点,如果阅读Java集合框架的源码,可以发现有些类其实并不支持泛型。
  说了这么多,那么泛型擦除到底是什么意思呢?我们先来看一下下面这个简单的例子:
  public class Node<T> {
  private T data;
  private Node<T> next;
  public Node(T data, Node<T> next) }         this.data = data;
  this.next = next;
  }
  public T getData() { return data; }
  // ...
  }
  编译器做完相应的类型检查之后,实际上到了运行期间上面这段代码实际上将转换成:
  public class Node {
  private Object data;
  private Node next;
  public Node(Object data, Node next) {
  this.data = data;
  this.next = next;
  }
  public Object getData() { return data; }
  // ...
  }
  这意味着不管我们声明Node<String>还是Node<Integer>,到了运行期间,JVM统统视为Node<Object>。有没有什么办法可以解决这个问题呢?这需要我们自己重新设置bounds了,将上面的代码修改成下面这样:
  public class Node<T extends Comparable<T>> {
  private T data;
  private Node<T> next;
  public Node(T data, Node<T> next) {
  this.data = data;
  this.next = next;
  }
  public T getData() { return data; }
  // ...
  }
  这样编译器会将T出现的地方替换成Comparable而不再是默认的Object了:
  public class Node {
  private Comparable data;
  private Node next;
  public Node(Comparable data, Node next) {
  this.data = data;
  this.next = next;
  }
  public Comparable getData() { return data; }
  // ...
  }
  上面的概念或许还是比较好理解,但其实泛型擦除带来的问题远远不止这些,接下来我们系统地来看一下类型擦除所带来的一些问题,有些问题在C++的泛型中可能不会遇见,但是在Java中却需要格外小心。
  问题一
  在Java中不允许创建泛型数组,类似下面这样的做法编译器会报错:
  List<Integer>[] arrayOfLists = new List<Integer>[2];  // compile-time error
  为什么编译器不支持上面这样的做法呢?继续使用逆向思维,我们站在编译器的角度来考虑这个问题。
  我们先来看一下下面这个例子:
  Object[] strings = new String[2];
  strings[0] = "hi";   // OK
  strings[1] = 100;    // An ArrayStoreException is thrown.
  对于上面这段代码还是很好理解,字符串数组不能存放整型元素,而且这样的错误往往要等到代码运行的时候才能发现,编译器是无法识别的。接下来我们再来看一下假设Java支持泛型数组的创建会出现什么后果:
  Object[] stringLists = new List<String>[];  // compiler error, but pretend it's allowed
  stringLists[0] = new ArrayList<String>();   // OK
  // An ArrayStoreException should be thrown, but the runtime can't detect it.
  stringLists[1] = new ArrayList<Integer>();
  假设我们支持泛型数组的创建,由于运行时期类型信息已经被擦除,JVM实际上根本不知道new ArrayList<String>()和new ArrayList<Integer>()的区别。类似这样的错误假如出现才实际的应用场景中,将非常难以察觉。
  如果你对上面这一点还抱有怀疑的话,可以尝试运行下面这段代码:
  public class ErasedTypeEquivalence {
  public static void main(String[] args) {
  Class c1 = new ArrayList<String>().getClass();
  Class c2 = new ArrayList<Integer>().getClass();
  System.out.println(c1 == c2); // true
  }
  }
  问题二
  继续复用我们上面的Node的类,对于泛型代码,Java编译器实际上还会偷偷帮我们实现一个Bridge method。
  public class Node<T> {
  public T data;
  public Node(T data) { this.data = data; }
  public void setData(T data) {
  System.out.println("Node.setData");
  this.data = data;
  }
  }
  public class MyNode extends Node<Integer> {
  public MyNode(Integer data) { super(data); }
  public void setData(Integer data) {
  System.out.println("MyNode.setData");
  super.setData(data);
  }
  }
  看完上面的分析之后,你可能会认为在类型擦除后,编译器会将Node和MyNode变成下面这样:
  public class Node {
  public Object data;
  public Node(Object data) { this.data = data; }
  public void setData(Object data) {
  System.out.println("Node.setData");
  this.data = data;
  }
  }
  public class MyNode extends Node {
  public MyNode(Integer data) { super(data); }
  public void setData(Integer data) {
  System.out.println("MyNode.setData");
  super.setData(data);
  }
  }
  实际上不是这样的,我们先来看一下下面这段代码,这段代码运行的时候会抛出ClassCastException异常,提示String无法转换成Integer:
  MyNode mn = new MyNode(5);
  Node n = mn; // A raw type - compiler throws an unchecked warning
  n.setData("Hello"); // Causes a ClassCastException to be thrown.
  // Integer x = mn.data;
  如果按照我们上面生成的代码,运行到第3行的时候不应该报错(注意我注释掉了第4行),因为MyNode中不存在setData(String data)方法,所以只能调用父类Node的setData(Object data)方法,既然这样上面的第3行代码不应该报错,因为String当然可以转换成Object了,那ClassCastException到底是怎么抛出的?
  实际上Java编译器对上面代码自动还做了一个处理:
  class MyNode extends Node {
  // Bridge method generated by the compiler
  public void setData(Object data) {
  setData((Integer) data);
  }
  public void setData(Integer data) {
  System.out.println("MyNode.setData");
  super.setData(data);
  }
  // ...
  }
  这也是为什么上面会报错的原因了,setData((Integer) data);的时候String无法转换成Integer。所以上面第2行编译器提示unchecked warning的时候,我们不能选择忽略,不然要等到运行期间才能发现异常。如果我们一开始加上Node<Integer> n = mn好了,这样编译器可以提前帮我们发现错误。
  问题三
  正如我们上面提到的,Java泛型很大程度上只能提供静态类型检查,然后类型的信息会被擦除,所以像下面这样利用类型参数创建实例的做法编译器不会通过:
  public static <E> void append(List<E> list) {
  E elem = new E();  // compile-time error
  list.add(elem);
  }
  但是如果某些场景我们想要需要利用类型参数创建实例,我们应该怎么做呢?可以利用反射解决这个问题:
  public static <E> void append(List<E> list, Class<E> cls) throws Exception {
  E elem = cls.newInstance();   // OK
  list.add(elem);
  }
  我们可以像下面这样调用:
  List<String> ls = new ArrayList<>();
  append(ls, String.class);
  实际上对于上面这个问题,还可以采用Factory和Template两种设计模式解决,感兴趣的朋友不妨去看一下Thinking in Java中第15章中关于Creating instance of types(英文版第664页)的讲解,这里我们不深入了。
  问题四
  我们无法对泛型代码直接使用instanceof关键字,因为Java编译器在生成代码的时候会擦除所有相关泛型的类型信息,正如我们上面验证过的JVM在运行时期无法识别出ArrayList<Integer>和ArrayList<String>的之间的区别:
  public static <E> void rtti(List<E> list) {
  if (list instanceof ArrayList<Integer>) {  // compile-time error
  // ...
  }
  }
  => { ArrayList<Integer>, ArrayList<String>, LinkedList<Character>, ... }
  和上面一样,我们可以使用通配符重新设置bounds来解决这个问题:
  public static void rtti(List<?> list) {
  if (list instanceof ArrayList<?>) {  // OK; instanceof requires a reifiable type
  // ...
  }
  }