解密 Java 增强的泛型

  • Ben Evans
  • 臧秀涛

2015 年 1 月 6 日

话题:Java语言 & 开发架构

尽管 Java 8 是 2014 年年初才发布的,而 Java 9 要等到 2016 年年中,但是目前有一些计划放到某个未来版本(希望是 Java 10)中的特性已经合并了进来。

具体而言,有两个比较大的特性已经开始原型设计了,它们是增强的泛型(Enhanced Generics)和值类型(Value Types)。有了增强的泛型,Java 开发者可以编写像 List<int> 这样的代码,省去了对基本类型进行装箱的痛苦。新的泛型提案有些地方比较模糊(或者说微妙),需要细心处理,具体见 Brian Goetz 在最近的设计文章中的解释。

Java 一直在关注向后兼容,在 Oracle 的管理下,这一点也得到再次确认。为此,Oracle 在寻求一种与 Java 5 中引入的泛型类似的策略,渐进地迁移。

需要克服的基本设计问题是,Java 的类型系统没有一个统一的根。Java 中没有这样的类型,既是 Object 的子类,又是 int 的子类。从 JVM 字节码的结构也可以看出,很明显从方法返回一个 int 和返回一个对象用的是不同的操作码(opcode)——ireturn 和 areturn 是不一样的。

目前的原型使用了一种叫做“any”类型变量的方式,用以指示既可以是引用类型,又可以是基本类型的类型变量(还包括新提议的值类型)。目前写作 Container<any T>,但是在该特性真正交付之前,语法还会改变。

目前的想法是,List<Integer> 和 List<String> 在运行时将继续使用 List.class 表示(因此对于引用类型,将继续存在类型擦除),List<int> 则会用与之不同的运行时类型表示(可能会用不同的 class 文件)。这种方式被称作基本类型的“泛型特化”。此举还可以给另一个设计问题带来帮助,那就是升级现有的集合类,使用增强的泛型。支持开发者使用 List<int> 是一个主要的设计目标,从现有的泛型类型,到未来版本中支持任何类型变量的泛型类型,应该可以迁移过去。

关于增强的泛型如何适应类型系统,还有些令人感觉奇怪的地方。比如,List<int> 不是 List 类型的子类型(如果是的话,这就意味着 List<int> 可以存储 Object 的实例)。然而, List<?> 是 List 的子类型,所以这意味着 List<int> 不是 List<?> 的子类型,通配符就无法应用于增强的泛型。

目前的原型离真正产品化还差得远,还有很多设计和实现工作要做。特化的实现正在积极进行。自动生成特化代码更为可取(减少手工编写样板代码),但这可能需要在字节码和类加载子系统中提供额外的支持。还有一个非常有趣的可能性,就是在虚拟机层面引入一个元编程设施(不是 Java 语言层面的直接支持)。用 invokedynamic 类比,这种方式可以称为“classdynamic”,可以参见这里的描述。

增强的泛型和值类型的开发都是通过Project Valhalla管理的,更多细节可以参见该项目。

查看英文原文:Under The Hood With A Prototype of Enhanced Generics for Java

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