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JDK8在泛型类型推导上的变化

概述

最近公司在大面积推广JDK8,整体来说升级上来算顺利的,大部分问题可能在编译期就碰到了,但是有些时候比较蛋疼,编译期没有出现问题,但是在运行期就出了问题,比如今天要说的这个话题,所以大家再升级的时候还是要多测测再上线,当然JDK8给我们带来了不少收益,花点时间升级上来还是值得的。

问题描述

还是老规矩,先上demo,让大家直观地知道我们要说的问题。

public class Test {       static <T extends Number> T getObject() {               return (T)Long.valueOf(1L);       }        public static void main(String... args) throws Exception {               StringBuilder sb = new StringBuilder();               sb.append(getObject());       } }

demo很简单,就是有个使用了泛型的函数getObject,其返回类型是Number的子类,然后我们将函数返回值传给StringBuilder的多态方法append,我们知道append方法有很多,参数类型也很多,但是唯独没有参数是Number的append方法,如果有的话,大家应该猜到会优先选择这个方法了,既然没有,那到底会选哪个呢,我们分别用jdk6(jdk7类似)和jdk8来编译下上面的类,然后用javap看看输出结果(只看main方法):

jdk6编译的字节码:

public static void main(java.lang.String...) throws java.lang.Exception;     flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC, ACC_VARARGS     Code:       stack=2, locals=2, args_size=1          0: new           #3                  // class java/lang/StringBuilder          3: dup          4: invokespecial #4                  // Method java/lang/StringBuilder."<init>":()V          7: astore_1          8: aload_1          9: invokestatic  #5                  // Method getObject:()Ljava/lang/Number;         12: invokevirtual #6                  // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/Object;)Ljava/lang/StringBuilder;         15: pop         16: return       LineNumberTable:         line 8: 0         line 9: 8         line 10: 16     Exceptions:       throws java.lang.Exception

jdk8编译的字节码:

public static void main(java.lang.String...) throws java.lang.Exception;     descriptor: ([Ljava/lang/String;)V     flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC, ACC_VARARGS     Code:       stack=2, locals=2, args_size=1          0: new           #3                  // class java/lang/StringBuilder          3: dup          4: invokespecial #4                  // Method java/lang/StringBuilder."<init>":()V          7: astore_1          8: aload_1          9: invokestatic  #5                  // Method getObject:()Ljava/lang/Number;         12: checkcast     #6                  // class java/lang/CharSequence         15: invokevirtual #7                  // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/CharSequence;)Ljava/lang/StringBuilder;         18: pop         19: return       LineNumberTable:         line 8: 0         line 9: 8         line 10: 19     Exceptions:       throws java.lang.Exception

对比上面那个的差异,我们看到bci从12开始变了,jdk8里多了下面这行表示要对栈顶的数据做一次类型检查看是不是CharSequence类型:

 12: checkcast     #6                  // class java/lang/CharSequence

另外调用的StringBuilder的append方法也是不一样的,jdk7里是调用的参数为Object类型的append方法,而jdk8里调用的是CharSequence类型的append方法。

最主要的是在jdk6和jdk8下运行上面的代码,在jdk6下是正常跑过的,但是在jdk8下是直接抛出异常的:

Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: java.lang.Long cannot be cast to java.lang.CharSequence   at Test.main(Test.java:9)

至此问题整个应该描述清楚了。

问题分析

先来说说如果要我们来做这个java编译器实现这个功能,我们要怎么来做,其他的都是很明确的,重点在于如下这段如何来确定append的方法使用哪个:

sb.append(getObject());

我们知道getObject()返回的是个泛型对象,这个对象是Number的子类,因此我们首先会去遍历StringBuilder的所有可见的方法,包括从父类继承过来的,找是不是存在一个方法叫做append,并且参数类型是Number的方法,如果有,那就直接使用这个方法,如果没有,那我们得想办法找到一个最合适的方法,关键就在于这个合适怎么定义,比如说我们看到有个append的方法,其参数是Object类型的,Number是Object的子类,所以我们选择这个方法肯定没问题,假如说另外有个append方法,其参数是Serializable类型(当然其实并没有这种参数的方法),Number实现了这个接口,我们选择这个方法也是没问题的,那到底是Object参数的更合适还是Serializable的更合适呢,还有更甚者,我们知道StringBuilder有个方法,其参数是CharSequence,假如我们传进去的参数其实既是Number的子类,同时又实现了CharSequence这个接口,那我们究竟要不要选它呢?这些问题我们都需要去考虑,而且各有各的理由,说起来都感觉挺合理的。

JDK6里泛型的类型推导

这里分析的是jdk6的javac代码,不过大致看了下jdk7的这块针对这个问题的逻辑也差不多,所以就以这块为例了,jdk6里的泛型类型推导其实比较简单,从上面的输出结果我们也猜到了,其实就是选了参数为Object类型的append方法,它觉得它是最合适的:

private Symbol findMethod(Env<AttrContext> env,                               Type site,                               Name name,                               List<Type> argtypes,                               List<Type> typeargtypes,                               Type intype,                               boolean abstractok,                               Symbol bestSoFar,                               boolean allowBoxing,                               boolean useVarargs,                               boolean operator) {         for (Type ct = intype; ct.tag == CLASS; ct = types.supertype(ct)) {             ClassSymbol c = (ClassSymbol)ct.tsym;             if ((c.flags() & (ABSTRACT | INTERFACE | ENUM)) == 0)                 abstractok = false;             for (Scope.Entry e = c.members().lookup(name);                  e.scope != null;                  e = e.next()) {                 //- System.out.println(" e " + e.sym);                 if (e.sym.kind == MTH &&                     (e.sym.flags_field & SYNTHETIC) == 0) {                     bestSoFar = selectBest(env, site, argtypes, typeargtypes,                                            e.sym, bestSoFar,                                            allowBoxing,                                            useVarargs,                                            operator);                 }             }             //- System.out.println(" - " + bestSoFar);             if (abstractok) {                 Symbol concrete = methodNotFound;                 if ((bestSoFar.flags() & ABSTRACT) == 0)                     concrete = bestSoFar;                 for (List<Type> l = types.interfaces(c.type);                      l.nonEmpty();                      l = l.tail) {                     bestSoFar = findMethod(env, site, name, argtypes,                                            typeargtypes,                                            l.head, abstractok, bestSoFar,                                            allowBoxing, useVarargs, operator);                 }           if (concrete != bestSoFar &&                     concrete.kind < ERR  && bestSoFar.kind < ERR &&                     types.isSubSignature(concrete.type, bestSoFar.type))                     bestSoFar = concrete;             }         }         return bestSoFar;     }

上面的逻辑大概是遍历当前类(比如这个例子中的StringBuilder)及其父类,依次从他们的方法里找出一个最合适的方法返回,重点就落在了selectBest这个方法上:

Symbol selectBest(Env<AttrContext> env,                       Type site,                       List<Type> argtypes,                       List<Type> typeargtypes,                       Symbol sym,                       Symbol bestSoFar,                       boolean allowBoxing,                       boolean useVarargs,                       boolean operator) {         if (sym.kind == ERR) return bestSoFar;         if (!sym.isInheritedIn(site.tsym, types)) return bestSoFar;         assert sym.kind < AMBIGUOUS;         try {             if (rawInstantiate(env, site, sym, argtypes, typeargtypes,                                allowBoxing, useVarargs, Warner.noWarnings) == null) {                 // inapplicable                 switch (bestSoFar.kind) {                 case ABSENT_MTH: return wrongMethod.setWrongSym(sym);                 case WRONG_MTH: return wrongMethods;                 default: return bestSoFar;                 }             }         } catch (Infer.NoInstanceException ex) {             switch (bestSoFar.kind) {             case ABSENT_MTH:                 return wrongMethod.setWrongSym(sym, ex.getDiagnostic());             case WRONG_MTH:                 return wrongMethods;             default:                 return bestSoFar;             }         }         if (!isAccessible(env, site, sym)) {             return (bestSoFar.kind == ABSENT_MTH)                 ? new AccessError(env, site, sym)                 : bestSoFar;         }         return (bestSoFar.kind > AMBIGUOUS)             ? sym             : mostSpecific(sym, bestSoFar, env, site,                            allowBoxing && operator, useVarargs);     }

这个方法的主要逻辑落在rawInstantiate这个方法里(具体代码不贴了,有兴趣的去看下代码,我将最终最关键的调用方法argumentsAcceptable贴出来,主要做参数的匹配),如果当前方法也合适,那就和之前挑出来的最好的方法做一个比较看谁最适合,这个选择过程在最后的mostSpecific方法里,其实就和冒泡排序差不多,不过是找最接近的那个类型(逐层找对应是父类的方法,和最小公倍数有点类似)。

boolean argumentsAcceptable(List<Type> argtypes,                             List<Type> formals,                             boolean allowBoxing,                             boolean useVarargs,                             Warner warn) {     Type varargsFormal = useVarargs ? formals.last() : null;     while (argtypes.nonEmpty() && formals.head != varargsFormal) {         boolean works = allowBoxing             ? types.isConvertible(argtypes.head, formals.head, warn)             : types.isSubtypeUnchecked(argtypes.head, formals.head, warn);         if (!works) return false;         argtypes = argtypes.tail;         formals = formals.tail;     }     if (formals.head != varargsFormal) return false; // not enough args     if (!useVarargs)         return argtypes.isEmpty();     Type elt = types.elemtype(varargsFormal);     while (argtypes.nonEmpty()) {         if (!types.isConvertible(argtypes.head, elt, warn))             return false;         argtypes = argtypes.tail;     }     return true; }    

针对具体的例子其实就是看StringBuilder里的哪个方法的参数是Number的父类,如果不是就表示没有找到,如果参数都符合期望就表示找到,然后返回。

所以jdk6里的这块的逻辑相对来说比较简单。

JDK8里泛型的类型推导

jdk8里的推导相对来说比较复杂,不过大部分逻辑和上面的都差不多,但是argumentsAcceptable这块的变动比较大,增加了一些数据结构,规则变得更加复杂,考虑的场景也更多了,因为代码嵌套层数很深,具体的代码我就不贴了,有兴趣的自己去跟下代码(具体变化可以从AbstractMethodCheck.argumentsAcceptable这个方法开始)。

针对具体这个demo,如果getObject返回的对象既实现了CharSequence,又是Number的子类,那它认为这种情况其实选择参数为CharSequence类型的append方法比参数为Object类型的方法更合适,看起来是要求更严格一些了,适用范围收窄了一些,不是去匹配大而范的接口方法,因此其多加了一层checkcast的检查,不过我个人观点是觉得这块有点太激进了。

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