秒懂Java类型（Type）系统

水深无声 2022-02-14 02:58 292阅读 0赞

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### 文章目录 ###

*  概述
 *  Type 系统总览
 *   *  TypeVariable：
     *  ParameterizedType:
     *  GenericArrayType
     *  WildcardType:
     *  Class:
 *  总结

# 概述 #

Java 编程语言从Java 5以后就引入**Type**体系，应该是为了加入泛型而引入的。其存在于`java.lang.reflect`包下面，所以平时较少使用，但是理解Java类型体系是深入理解Java泛型的基础，也是一个**高级**Java开发者的必备素质。

# Type 系统总览 #

Java Type 体系，始于`Type`接口，其是Java编程语言中所有类型的父接口，是对Java编程语言类型的一个抽象，源码如下所示：

public interface Type {
        //返回这个类型的描述，包括此类型的参数描述。
        default String getTypeName() {
            return toString();
        }
    }

其有4个子接口`GenericArrayType`，`ParameterizedType`，`TypeVariable`，`WildcardType`和一个实现类`Class`, Java 的整个泛型体系就由他们支撑，下面我们分别看一下他们到底是个什么东东:

我们需要一个类和一个注解来作为讲解代码的基础。

示例类TypeTest 是一个泛型类，声明了两个泛型参数T 和 V，一个构造函数和一个泛型方法以及若干属性。如果你看不懂下面这个示例类，说明你对Java 泛型的了解还停留在初级阶段，你更需要这篇文章[秒懂Java泛型][Java]，然后才是这篇，如若强行阅读，效果可能不佳。

/**
     * Created by Shusheng007 on 2019/4/25.
     * 泛型类，参数为T 和 V
     */
    public class TypeTest<T, V extends @Custom Number & Serializable> {
        private Number number;
        public T t;
        public V v;
        public List<T> list = new ArrayList<>();
        public Map<String, T> map = new HashMap<>();
    
        public T[] tArray;
        public List<T>[] ltArray;
    
        public TypeTest testClass;
        public TypeTest<T, Integer> testClass2;
    
        public Map<? super String, ? extends Number> mapWithWildcard;
    
        //泛型构造函数,泛型参数为X
        public <X extends Number> TypeTest(X x, T t) {
            number = x;
            this.t = t;
        }
    
        //泛型方法，泛型参数为Y
        public <Y extends T> void method(Y y) {
            t = y;
        }
    }

自定义注解 Custom：

@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
    @Target(value = {ANNOTATION_TYPE, CONSTRUCTOR, FIELD,
            METHOD, PACKAGE, PARAMETER, TYPE, TYPE_PARAMETER, TYPE_USE})
    public @interface Custom {
    }

下面的`code` 都是以上面的类为基础撰写的。

个人觉得我们应该先从`TypeVariable`作为切入点来进入Java Type的世界，因为它是其他类型的基础。

## TypeVariable： ##

类型变量，例如`List<T>`中的`T,` `Map<K,V>`中的`K`和`V`，我们的测试类`class TypeTest<T, V extends @Custom Number & Serializable>`中的`T`和`V`。

此接口源码如下：

interface TypeVariable<D extends GenericDeclaration> extends Type, AnnotatedElement {
        //返回此类型参数的上界列表，如果没有上界则放回Object. 例如  V extends @Custom Number & Serializable 这个类型参数，有两个上界，Number 和 Serializable 
    	Type[] getBounds();
    	//类型参数声明时的载体，例如 `class TypeTest<T, V extends @Custom Number & Serializable>` ，那么V 的载体就是TypeTest
    	D getGenericDeclaration();
    	String getName();
    	//Java 1.8加入 AnnotatedType: 如果这个这个泛型参数类型的上界用注解标记了，我们可以通过它拿到相应的注解
    	AnnotatedType[] getAnnotatedBounds();
    }

从typeVariable的定义看到其也有一个泛型参数，要求需要是GenericDeclaration 的子类，

//所有可以申明泛型参数的entities都必须实现这个接口
     public interface GenericDeclaration extends AnnotatedElement {     
        public TypeVariable<?>[] getTypeParameters();
    }

我们从源码中看到，只有三个类实现了这个接口,分别是：

java.lang.reflect.Method,
    java.lang.reflect.Constructor，
    java.lang.Class

所以我们只能在**类型**（例如Class，Interface）、**方法**和**构造函数**这三个地方声明泛型参数，其他地方只能使用。不明白这块的，请自行参考 [秒懂Java泛型][Java]

翠花提醒到，二狗别哔哔了，千言万语不如一段源码，该上code了：

//****************************TypeVariable************************
    Field v = TypeTest.class.getField("v");//用反射的方式获取属性 public V v; 
    TypeVariable typeVariable = (TypeVariable) v.getGenericType();//获取属性类型
    System.out.println("TypeVariable1:" + typeVariable);
    System.out.println("TypeVariable2:" + Arrays.asList(typeVariable.getBounds()));//获取类型变量上界
    System.out.println("TypeVariable3:" + typeVariable.getGenericDeclaration());//获取类型变量声明载体
    //1.8 AnnotatedType: 如果这个这个泛型参数类型的上界用注解标记了，我们可以通过它拿到相应的注解
    AnnotatedType[] annotatedTypes = typeVariable.getAnnotatedBounds();        
    System.out.println("TypeVariable4:" + Arrays.asList(annotatedTypes) + " : " +
                                                                        Arrays.asList(annotatedTypes[0].getAnnotations()));
    System.out.println("TypeVariable5:" + typeVariable.getName());

输出结果为：

TypeVariable1:V
    TypeVariable2:[class java.lang.Number, interface java.io.Serializable]
    TypeVariable3:class typeInfo.TypeTest
    TypeVariable4:[sun.reflect.annotation.AnnotatedTypeFactory$AnnotatedTypeBaseImpl@511d50c0, sun.reflect.annotation.AnnotatedTypeFactory$AnnotatedTypeBaseImpl@60e53b93] : [@typeInfo.Custom()]
    TypeVariable5:V

值得注意的是，我们通过`annotatedTypes[0].getAnnotations()[0]`获取到了类型参数`V`的上界`Number` 上的注解`Custom()`,这里需要重点理解一下。

## ParameterizedType: ##

参数化类型，即带参数的类型，也可以说带`<>`的类型。例如`List<String>`, `User<T>` 等。

其源码如下：

interface ParameterizedType extends Type {
         //获取参数类型<>里面的那些值,例如Map<K,V> 那么就得到 [K,V]的一个数组
         Type[] getActualTypeArguments(); 
         //获取参数类型<>前面的值，例如例如Map<K,V> 那么就得到 Map
         Type getRawType();
         //获取其父类的类型，例如Map 有一个内部类Entry,  那么在Map.Entry<K,V> 上调用这个方法就可以获得 Map
         Type getOwnerType();
    }

这个接口的3个方法已经在上面描述的很清楚了，接下来我实际操作一下。翠花，上**code**：

//*********************************ParameterizedType**********************************************       
    Field list = TypeTest.class.getField("list");
    Type genericType1 = list.getGenericType();
    System.out.println("参数类型1:" + genericType1.getTypeName()); //参数类型1:java.util.List<T>
    
    Field map = TypeTest.class.getField("map");
    Type genericType2 = map.getGenericType();
    System.out.println("参数类型2:" + genericType2.getTypeName());//参数类型2:java.util.Map<java.lang.String, T>
    
    if (genericType2 instanceof ParameterizedType) {
         ParameterizedType pType = (ParameterizedType) genericType2;
         Type[] types = pType.getActualTypeArguments();
         System.out.println("参数类型列表:" + Arrays.asList(types));//参数类型列表:[class java.lang.String, T]
         System.out.println("参数原始类型:" + pType.getRawType());//参数原始类型:interface java.util.Map
         System.out.println("参数父类类型:" + pType.getOwnerType());//参数父类类型:null,因为Map没有外部类，所以为null
    }

输出：

参数类型1:java.util.List<T>
    参数类型2:java.util.Map<java.lang.String, T>
    参数类型列表:[class java.lang.String, T]
    参数原始类型:interface java.util.Map
    参数父类类型:null

上面的代码，先使用反射获取`TypeTest`类的`List<T> list` 和`Map<String, T> map`属性的类型，然后调用getGenericType()获取他们的声明类型，他们是ParameterizedType类型，然后调用里面的方法。

## GenericArrayType ##

泛型数组类型，用来作为数组的泛型声明类型。例如`List<T>[] ltArray`， `T[] tArray`两个数组，其中`List<T>[], 和`T\[\]`就是`GenericArrayType\`类型。

此接口的源码如下：

public interface GenericArrayType extends Type {
        //获取泛型类型数组的声明类型，即获取数组方括号 [] 前面的部分
        Type getGenericComponentType();
    }

`GenericArrayType` 接口只有一个方法getGenericComponentType()，其可以用来获取数组方括号 **\[\]** 前面的部分，例如`T[]`，在其上调用getGenericComponentType 就可以获得`T`.  
值得注意的是多维数组得到的是最后一个\[\] 前面的部分，例如`T[][]`, 得到的是`T[]`.

翠花，上code：

//**********************GenericArrayType*********************
     Field tArray = TypeTest.class.getField("tArray");
     System.out.println("数组参数类型1:" + tArray.getGenericType());
     Field ltArray = TypeTest.class.getField("ltArray");
     System.out.println("数组参数类型2:" + ltArray.getGenericType());//数组参数类型2:java.util.List<T>[]
     if (tArray.getGenericType() instanceof GenericArrayType) {
         GenericArrayType arrayType = (GenericArrayType) tArray.getGenericType();
         System.out.println("数组参数类型3:" + arrayType.getGenericComponentType());//数组参数类型3:T
     }

输出：

数组参数类型1:T[]
    数组参数类型2:java.util.List<T>[]
    数组参数类型3:T

## WildcardType: ##

通配符类型，即带有`?`的泛型参数, 例如 `List<?>`中的`？`，`List<? extends Number>`里的`? extends Number` 和`List<? super Integer>`的`? super Integer` 。

此接口源码如下：

public interface WildcardType extends Type {
       // 获取上界
    	Type[] getUpperBounds();
    	//获取下界
    	Type[] getLowerBounds();
    }

翠花,上**code**：

//***************************WildcardType*********************************
     Field mapWithWildcard = TypeTest.class.getField("mapWithWildcard");
     Type wild = mapWithWildcard.getGenericType();//先获取属性的泛型类型 Map<? super String, ? extends Number>
     if (wild instanceof ParameterizedType) {
         ParameterizedType pType = (ParameterizedType) wild;
         Type[] actualTypes = pType.getActualTypeArguments();//获取<>里面的参数变量 ? super String, ? extends Number
         System.out.println("WildcardType1:" + Arrays.asList(actualTypes));
         WildcardType first = (WildcardType) actualTypes[0];//? super java.lang.String
         WildcardType second = (WildcardType) actualTypes[1];//? extends java.lang.Number
         System.out.println("WildcardType2: lower:" + Arrays.asList(first.getLowerBounds()) + "  upper:" + Arrays.asList(first.getUpperBounds()));//WildcardType2: lower:[class java.lang.String]  upper:[class java.lang.Object]
         System.out.println("WildcardType3: lower:" + Arrays.asList(second.getLowerBounds()) + "  upper:" + Arrays.asList(second.getUpperBounds()));//WildcardType3: lower:[]  upper:[class java.lang.Number]
     }

输出：

WildcardType1:[? super java.lang.String, ? extends java.lang.Number]
    WildcardType2: lower:[class java.lang.String]  upper:[class java.lang.Object]
    WildcardType3: lower:[]  upper:[class java.lang.Number]

## Class: ##

其是Type的一个实现类，是反射的基础，每一个类在虚拟机中都对应一个Calss 对象,我们可以用在运行时从这个Class对象中获取到类型所有信息。

//**********************************Class*********************************
     Field tClass = TypeTest.class.getField("testClass");
     System.out.println("Class1:" + tClass.getGenericType());//获取泛型类型，由于我们这个属性声明时候没有使用泛型，所以会获得原始类型
     Field tClass2 = TypeTest.class.getField("testClass2");
     System.out.println("Class2:" + tClass2.getGenericType());//获取泛型类型

输出：

Class1:class typeInfo.TypeTest
    Class2:typeInfo.TypeTest<T, java.lang.Integer>

可以看到 属性 public TypeTest testClass; 通过getGenericType()获取到的类型就是其原始类型`TypeTest`。而属性 public TypeTest<T, Integer> testClass2;获取到的则是`ParameterizedType`类型`TypeTest<T, java.lang.Integer>`。

# 总结 #

过去，现在以及将来在任何领域前20%的人会得到这个领域80%的利益，余下的只能混口饭吃。将来顶级程序员与菜鸟程序员的境遇将会有千壤之别，所以越是原理性的知识越是要掌握，这是你拉开其他程序员等级之差的基础。希望有上进心的Java开发者，熟练掌握泛型这个Java中举足轻重的部分。

最后，求关注，求点赞！有任何疑问可以评论留言，我会尽力回复的。

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