【IT168 技术分析】JVM上目前已经有许多语言了：JRuby，Jython;还有一些特定于JVM平台的语言，如Scala和Groovy等等。但是，为什么JVM上没有C#语言呢?按理说，这门和Java十分相似，却又强大许多的语言更容易被Java程序员接受才对。您可能会说，Sun和微软是对头，怎么可能将C#移植到JVM平台上呢?嗯，有道理，但是为什么社区里也没有人这么做呢(要知道JVM上其他语言都是由社区发起的)?其实在我看来，这还是受到了技术方面的限制。
泛型是Java和C#语言的重要特性，它使得程序员可以方便地进行类型安全的编程，而不需要像以前那样不断进行类型转换。例如，我们要在Java中写一个泛型字典的封装便可以这么做：
private HashMap m_container = new HashMap();
public V get(K key) {
return this.m_container.get(key);
}
public void put(K key, V value) {
this.m_container.put(key, value);
}
}
看上去和C#并没有什么区别，不是吗?不过，如果我们观察编译后生成的bytecode(类似于.NET平台上的IL)，便会发现一丝奇妙之处。使用javap -c DictWrapper得到的结果是：
public class jeffz.practices.DictWrapper extends java.lang.Object{
public jeffz.practices.DictWrapper();
Code:
0: aload_0
1: invokespecial #1; //Method java/lang/Object."":()V
4: aload_0
5: new #2; //class java/util/HashMap
8: dup
9: invokespecial #3; //Method java/util/HashMap."":()V
12: putfield #4; //Field m_container:Ljava/util/HashMap;
15: return
public java.lang.Object get(java.lang.Object);
Code:
0: aload_0
1: getfield #4; //Field m_container:Ljava/util/HashMap;
4: aload_1
5: invokevirtual #5; //Method java/util/HashMap.get:(Ljava/lang/Object;)Ljava/lang/Object;
8: areturn
public void put(java.lang.Object, java.lang.Object);
Code:
0: aload_0
1: getfield #4; //Field m_container:Ljava/util/HashMap;
4: aload_1
5: aload_2
6: invokevirtual #6; //Method java/util/HashMap.put:(Ljava/lang/Object;Ljava/lang/Object;)Ljava/lang/Object;
9: pop
10: return
}
从bytecode中可以看出，其中并没有包含任何与K，V有关的信息。get/put方法的参数和返回值都是Object类型，甚至内置的HashMap也是如此。那么调用DictWrapper的代码是如何做到“强类型”的呢?例如：
DictWrapper dict = new DictWrapper();
dict.put("Hello", "World");
String world = dict.get("Hello");
}
它的bytecode便是：
Code:
0: new #2; //class jeffz/practices/DictWrapper
3: dup
4: invokespecial #3; //Method jeffz/practices/DictWrapper."":()V
7: astore_1
8: aload_1
9: ldc #4; //String Hello
11: ldc #5; //String World
13: invokevirtual #6; //Method jeffz/practices/DictWrapper.put:(Ljava/lang/Object;Ljava/lang/Object;)V
16: aload_1
17: ldc #4; //String Hello
19: invokevirtual #7; //Method jeffz/practices/DictWrapper.get:(Ljava/lang/Object;)Ljava/lang/Object;
22: checkcast #8; //class java/lang/String
25: astore_2
26: return
}
看到标号为22的那行代码没有?这条checkcast指令便是将上一句invokevirtual的结果转化为String类型——DictWrapper.get所返回的是个最普通不过的Object。
这便是Java语言的泛型实现——请注意我这里说的是Java语言，而不是JVM。因为JVM本身并没有“泛型”的概念，Java语言的泛型则完全是编译器的魔法。我们写出的泛型代码，事实上都是和Object对象在打交道，是编译器在帮我们省去了冗余的类型转换代码，以此保证了代码层面的类型安全。由于在运行时去除所有泛型的类型信息，因此这种泛型实现方式叫做Type Erasure(类型擦除)。
在.NET中则完全不同，“泛型”是真真切切落实在CLR层面上的功能。例如DictWrapper.Get方法在.NET上的IL代码便是：
{
.maxstack 2
.locals init (
[0] !TValue CS$1$0000)
L_0000: nop
L_0001: ldarg.0
L_0002: ldfld class [mscorlib]...Dictionary`2 ...DictWrapper`2::m_container
L_0007: ldarg.1
L_0008: callvirt instance !1 [mscorlib]...Dictionary`2::get_Item(!0)
L_000d: stloc.0
L_000e: br.s L_0010
L_0010: ldloc.0
L_0011: ret
}
您可以发现，.NET的IL便确切包含了TKey和TValue的类型信息。而在运行的时候，CLR会为不同的泛型类型生成不同的具体类型代码，这在我之前的文章中也有所提及。
那么，Java和C#两种泛型实现方式分别有什么优势和劣势呢?Java这种Type Erasure做法，最大的优势便在于其兼容性：即便使用了泛型，但最后生成的二进制文件也可以运行在泛型出现之前的JVM上(甚至JDK中不需要添加额外的类库)——因为这里的泛型根本不涉及JVM的变化。而.NET中的泛型需要CLR方面的“新能力”，因此.NET 2.0的程序集是无法运行在CLR 1.0上的——当然.NET 1.0的程序集可以直接在CLR 2.0上执行。而CLR实现方式的优势，便在于可以在运行期间体现出“模板化”的优势。.NET程序员都知道，泛型可以节省值类型的装箱和拆箱的开销，即便是引用类型也可以避免额外的类型转化，这些都能带来性能上的提高。
因此，在.NET社区经常会把Java的这种实现方式称之为“假泛型”，而同时也会有人反驳到：泛型本来就是语言上的概念，实现不同又有什么关系，凭什么说是“假”的呢?其实，由于失去了JVM的支持，一些.NET平台上常用的，非常有效的开发方式都难以运用在Java上。例如所谓的泛型字典：
{
public static TValue Instance;
}
public class Factory
{
public static string Create()
{
if (Cache.Instance == null)
{
Cache.Instance = // some expensive computation
}
return Cache.Instance;
}
}
由于Cache
Type Erasure造成的限制还有不少，如果您是一个C#程序员，可能难以相信以下的Java代码都是不合法的：
public static void myMethod(Object item) {
if (item instanceof E) { // Compiler error
...
}
E item2 = new E(); // Compiler error
E[] iArray = new E[10]; // Compiler error
}
}
由于JVM不提供对泛型的支持，因此对于JVM上支持泛型的语言，如Scala，这方面的压力就完全落在编译器身上了。而且，由于这些语言以JVM 为底，Type Erasure会影响JVM平台上几乎所有语言。以Scala为例，它的模式匹配语法可以用来判断一个变量的类型：
case x:String => println("Value is a String")
case x:HashMap[String, Int] => println("Value is HashMap[String, Int]")
case _ => println("Value is not a String or HashMap[String, Int]")
}
猜猜看，如果value变量是个HashMap[Int, Object]类型的对象，上面的代码会输出什么结果呢?如果是C#或是F#这样运行在.NET平台上的语言，最终输出的一定是“Value is not ...”。只可惜，由于JVM的Type Erasure特性，以上代码输出的却是“Value is HashMap[String, Int]”。这是因为在运行期间JVM并不包含泛型的类型信息，HashMap[K, V]即是HashMap，无论HashMap[String, Int]还是HashMap[Int, Object]都是HashMap，JVM无法判断不同泛型类型的集合之间有什么区别。不过还好，Scala编译器遇到这种情况会发出警告，程序员可以了解这些代码可能会出现的“误会”。
因此，为什么有IKVM.NET这样的项目可以将Java语言编译成.NET程序集(也可以将Java的jar包转化成.NET程序集)，却没有项目将C#编译到JVM上(或是将C#程序集转化为jar包)。这是因为，JVM不足以支撑C#语言所需要的所有特性。而从运行时的中间代码角度来说，JVM Bytecode的能力也是.NET IL的子集——又有什么办法可以将超集塞入它的子集呢?
此外，如CLR的值类型可能也很难直接落实在JVM上，这也是JVM上运行C#的又一阻碍。由于这些因素存在，我想如F#这样的.NET语言也几乎不可能出现在JVM上了。
当然，如果真要在JVM上实现完整的C#也并非不可以。只要在JVM上进行一层封装(例如还是就叫做CLR，CLR Language Runtime)，一定可以满足C#的全部要求。但是这个代价太高，即使实现了这点可能也没什么实际意义。
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