类型擦除的表现

先通过以下两个例子认识类型擦除（type erasure）。

  • 例子一




flink对外提供http接口_List


代码很简单，但无法通过编译，提示两个方法签名冲突，因为擦除类型相同。如果去掉其中一个方法，反编译之后的代码如下。

public void foo(List list) { }
  • 例子二


flink对外提供http接口_List_02


这段代码会返回true。并且Java中只有List.class的写法，没有List<T>.class的写法。

简单解释类型擦除

泛型是高级语言编译器比较头疼的问题，一般来讲要实现泛型有两种方式：

  • Code sharing：对同一个原始类型下的泛型类型只生成同一份目标代码（在Java中就是字节码）。
  • Code specialization：对每一个泛型类型都生成不同的目标代码。

Java使用的泛型实现是前者，而C++和C#使用的是后者，它们也分别俗称“假”泛型和“真”泛型。因为Code sharing机制的类型擦除，导致程序在运行时对泛型类型没有感知，所以上述例子一的代码反编译后只剩下了List，例子二中的类型比较实际上都是Class<? extends ArrayList>的比较。如果Java也采用Code specialization机制（想一想C++的template）的话，所有List<T>就都是显式不同的类型了。

为什么Java要采用Code sharing机制（以及类型擦除）呢？有两点原因：一是Java泛型是到1.5版本才出现的特性，在此之前JVM已经在无泛型的条件下经历了较长时间的发展，如果采用Code specialization，就得对JVM的类型系统做伤筋动骨的改动，并且无法保证向前兼容性。二是Code specialization对每个泛型类型都生成不同的目标代码，如果有10个不同泛型的List，就要生成10份字节码，造成代码膨胀。

由此可见，类型擦除让JVM省了不少事，但是加重了编译器的工作量。编译器必须在运行期之前就进行检查，禁止模糊的或者不合法的泛型使用方式。再举一个例子。



flink对外提供http接口_List_03


这种用法也是不允许的，换句话说，里氏替换原则不适用于Java的泛型类型参数。这并不难理解：对于一个List<Object>而言，向其中添加字符串是完全合法的，但是如果方法传入的参数为List<Integer>的话就会直接造成ClassCastException，因此编译器会提前block掉这种可能性。

还没完，如果把traverse()方法参数中的List<Object>换成用通配符表示的List<?>或者List<? extends Object>，那么traverse()方法调用就没问题，但list.add()语句就会编译不通过。这是因为list.add()方法无法判断具体要加入列表的是Object的哪个子类实例，因此会用最简单粗暴的方法来处理：全部拒绝。相对地，list.get()则是可以编译通过的，因为编译器能够通过<? extends T>与<? super T>得知泛型类型的上下界限。

如果泛型类型有界限，在类型擦除时会根据最左侧的泛型参数来替换，例如下面的泛型类。

class Test<T extends Comparable & Serializable> {
  private T value;
  public T getValue() { return value; }
  public void setValue(T value) { this.value = value; }
}

类型擦除后就会变成：

class Test {
  private Comparable value;
  public Comparable getValue() { return value; }
  public void setValue(Comparable value) { this.value = value; }
}

同理，如果没有规定T是哪个类的子类或者超类，就会替换为Object。

Flink中的type hint

以Flink自带示例中的SocketWindowWordCount为例（https://github.com/apache/flink/blob/release-1.9/flink-examples/flink-examples-streaming/src/main/java/org/apache/flink/streaming/examples/socket/SocketWindowWordCount.java），如果我们将它的主逻辑改写成Lambda表达式，如下：

DataStream<WordWithCount> windowCounts = text
      .flatMap((String value, Collector<WordWithCount> out) -> {
        for (String word : value.split("\\s")) {
          out.collect(new WordWithCount(word, 1L));
        }
      })
      .keyBy("word")
      .timeWindow(Time.seconds(5))
      .reduce((a, b) ->
        new WordWithCount(a.word, a.count + b.count)
      );

执行时会抛出如下异常。



flink对外提供http接口_flink对外提供http接口_04


这说明程序无法在运行时推断出flatMap()算子的返回类型。为什么之前采用匿名内部类就没有问题？因为匿名内部类会被真正地编译为class文件，而Lambda表达式是在运行时调用invokedynamic指令，亦即在第一次执行其逻辑时才会确定。因此Lambda表达式比起匿名内部类，会丢失更多的类型信息。看一下flatMap()算子的签名：

void flatMap(T value, Collector<O> out);

经过类型擦除，Collector类的泛型参数被抹掉了（The generic type parameters of Collector are missing），自然就会抛出无法确定返回类型的异常。如果我们采用的不是flatMap()算子而是map()，就不会出现这种问题，因为map()的返回类型可以自动推断。

为了克服类型擦除带来的问题，Flink类型系统中提供了类型暗示（type hint）机制。在flatMap()之后调用returns()方法，就可以指定返回类型了。

text.flatMap((String value, Collector<WordWithCount> out) -> {
        for (String word : value.split("\\s")) {
          out.collect(new WordWithCount(word, 1L));
        }
      })
      .returns(TypeInformation.of(WordWithCount.class));

但是，如果返回类型本身就有泛型，比如在Flink中常用的元组（TupleX），就得另外换一种写法：

.returns(TypeInformation.of(new TypeHint<Tuple2<String, String>>() { }))

另外，Eclipse JDT编译器可以在编译期保留Lambda表达式的类型信息，但是不太常用，我们也没有用过。所以在Flink程序中使用Java Lambda表达式时，记得在涉及类型擦除的地方调用returns()方法就好了。