JDK8 中的类型推断与重载解析

首先从一个例子开始：

下面这段代码，在 JDK6u30 中可以正常工作，但是在 JDK8u65 中会运行失败，提示类型转换错误，ClassCastException。

Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: java.lang.String cannot be cast to [C 

我看了一下字节码，泛型函数推出的返回值都是 Object。然而 JDK8 中调用重载过的函数时，选择了 String valueOf(char data[])，本来应该选择 String.valueOf(Object obj)，JDK6就是这么做的，为什么到 JDK8 反而选择了一个错误的函数呢？

public class TestTypeInference {
    public static <T> T get() {
        return (T) "x";
    }

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(String.valueOf(get()));
    }

// JDK6: 
// INVOKESTATIC TestTypeInference.get ()Ljava/lang/Object;
// INVOKESTATIC java/lang/String.valueOf (Ljava/lang/Object;)Ljava/lang/String;

// JDK8:  
// INVOKESTATIC TestTypeInference.get ()Ljava/lang/Object;
// CHECKCAST [C
// INVOKESTATIC java/lang/String.valueOf ([C)Ljava/lang/String;
}

这个问题困扰了我很久，也没有人可以回答我，只好自己去 javac 的源代码里找答案。

首先看 JDK6 中如何通过调试 javac 编译上面的代码。从 OpenJDK 上把 JDK6 的 源代码 下下来，找到 javac 源代码的入口 openjdk-6-src-b30-21_jan_2014\langtools\src\share\classes\com\sun\tools\javac\main\Main.java，一层一层调试下去。发现关键的地方有两个：

• 对 get() 返回类型的推断
• 对 String.valueOf 这个重载方法的选择

在 JDK6 中，直接推断出 get() 的返回类型是 Object，然后对 String.valueOf 的所有方法进行遍历，找到可以将 Object 作为参数的那个方法。最终选择了 String.valueOf(Object)。

推断 get() 返回值类型的入口位于 com.sun.tools.javac.comp.Attr#visitApply 方法中：

argtypes = attribArgs(tree.args, localEnv);

其中 tree.args 此时就是 get() 方法。

而最终将 Object 作为 get() 的返回类型，而位于 com.sun.tools.javac.comp.Check#instantiatePoly 方法，

Type newpt = t.qtype.tag <= VOID ? t.qtype : syms.objectType;

其中 t 指的是 get 的返回类型 T，syms.objectType 指的就是 Object 方法。

遍历方法，选择 String.valueOf 的过程在 com/sun/tools/javac/comp/Resolve.java 的 findMethod 中。String.valueOf 的每个方法的参数，都会与 get 的返回类型，即 Object 进行匹配检查，方法是 com/sun/tools/javac/code/Types.java:isSubtype。例如，检查 String.valueOf(double) 方法时，会检查 double 与 Object 是否匹配。匹配的逻辑是：

• double 是否与 Object 相等
• Object 是否是 double 子类型

最终，会选择 String.valueOf(Object)。

而在 JDK8 中，问题变得比较复杂。

JDK8 入口为 com.sun.tools.javac.Main#main

JDK8 中不会推出 get 方法的返回类型为 Object，而是先设置一个 DeferredAttr.DeferredType。然后遍历 String.valueOf 的每个方法。假如当前检查的是 String.valueOf(double)。那么结合 double 和 get 的返回类型 T，推出 T 的类型为 Double。这个过程，最终会在 com.sun.tools.javac.comp.Infer#generateReturnConstraintsPrimitive 中体现，返回的是 double 的装箱类型 Double。

之后会检查：

• double 是否与 Double 相等。
• Double 是否是 double 的子类型。

这个过程会在 com.sun.tools.javac.comp.Check#checkType(com.sun.tools.javac.util.JCDiagnostic.DiagnosticPosition, com.sun.tools.javac.code.Type, com.sun.tools.javac.code.Type, com.sun.tools.javac.comp.Check.CheckContext) 函数中的 checkContext.compatible 进行检查。

这时候，会发现，只有 String.valueOf(char[]) 和 String.valueOf(Object) 满足了条件。并且 char[] 是 Object 的子类型，即是更具体的类型。所以，最终选择了 String.valueOf(char[])。检查更具体类型的代码在 com.sun.tools.javac.comp.Resolve#mostSpecific，最终调用的也是com.sun.tools.javac.comp.Check#checkType(com.sun.tools.javac.util.JCDiagnostic.DiagnosticPosition, com.sun.tools.javac.code.Type, com.sun.tools.javac.code.Type, com.sun.tools.javac.comp.Check.CheckContext) 函数方法。检查 Object 是否是 char[] 的子类型，char[] 是否是 Object 的子类型。以此判断哪个类型更为具体。

不过在最开始，我们看字节码时，看出在 JDK8 中，get() 返回的类型应该与 JDK6 中一样，都是 Object, 不过在上述的语义分析过程中，看出 get() 返回的是 char[]。所以接下来，我们看在编译的其它阶段是不是发生了什么。

在此之前，我们先来看一下编译过程的入口, com.sun.tools.javac.main.JavaCompiler#compile2。

下面的代码是编译的入口:

generate(desugar(flow(attribute(todo.remove()))));

我们刚才讲的都是在 attribute 函数中发生的过程。

接下来，进入 flow 函数，在由 attribute 函数生成的树上做数据流分析，主要分成四个功能：

• AliveAnalyzer: 语句是否可达
• AssignAnalyzer: 变量使用时已经赋值；final 变量没有被多次赋值
• FlowAnalyzer: checked 异常是否被声明及抛出
• CaptureAnalyzer: lambda 表达式或者内部类引用的局部变量要是 final

然后是 desugar，看起来是不是挺像解除语法糖的。这个过程会对类进行变换。把 get() 的返回类型由 char[] 变为 Object 的过程，就在这个函数中。最终是由 com.sun.tools.javac.tree.TreeTranslator#translate(T) 这个函数完成。

其中函数 get 会被变换：

    public static <T> T get() {
        return (T) "x";
    }

会变成

    public static Object get() {
        return (Object) "x";
    }

同时，String.valueOf(get()) 中的 get() 方法，其类型 char[] 也会变成 Object。这个过程在 com.sun.tools.javac.comp.TransTypes#retype 中完成。

// tree: get(); erasedType: java.lang.Object; target: char[]
JCExpression retype(JCExpression tree, Type erasedType, Type target) {
..
}

由于 get() 返回类型为 T，所以这个函数会把 T 换成 Object，同时插入一条指令，将 Object 转换成 char[]。

retype 的本意如下面这个例子所示：

class Cell<A> { A value; }
Cell<Integer> cell;
Integer x = cell.value;

此时，会将 cell.value 返回值设置成 Object, 并且插入强制类型转换的指令。

但是在我们这次分析的情况中，get() 的返回类型 T 已经被推断出是 char[]，为什么又因为其定义是 T，然后被擦除，变为 Object 呢？这样一来，String.valueOf 选择了 String.valueOf(char[])，而 get() 的类型是 Object，又要强制转化成 char[]。既然如此，为什么不选择 String.valueOf(Object) 呢？感觉像个 bug 啊。我现在也不能理解为什么要这么做。

最后是 generate，生成字节码。生成 get() 字节码的源代码位于 com.sun.tools.javac.jvm.Gen#genExpr，此时参数 tree 为 get()，pt 为 char[]。生成 get() 字节码时，其返回类型已为 Object，而非 char[]。

最后总结一下文中最开始时提到的两个问题：

• 对 get() 返回类型的推断
• 对 String.valueOf 这个重载方法的选择

在 JDK6 中

• get() 返回类型直接设置为 Object
• String.valueOf 选择了 String.valueOf(Object)
• String.valueOf 与 get() 匹配

在 JDK8 中

• get() 返回类型先设置为 DeferredAttr.DeferredType
• 遍历 String.valueOf 的方法，在满足条件的 String.valueOf(Object) 和 String.valueOf(char[]) 中选择更为具体的 String.valueOf(char[])，get() 的返回类型也为 char[]
• get() 的返回类型在 desugar 阶段被擦除，设置为 Object，同时强制转为 char[]