1. 概述
在这个简短的教程中，我们将重点介绍ClassCastException，这是一种常见的Java异常。
ClassCastException是一个非受检的异常，表示代码已尝试将引用强制转换为不是子类型的类型。
让我们看一下导致抛出此异常的一些场景以及我们如何避免它们。
2. 显式转换
对于我们的测试，让我们考虑以下类：
public interface Animal {
String getName();
}
public class Mammal implements Animal {
@Override
public String getName() {
return "Mammal";
}
}
public class Amphibian implements Animal {
@Override
public String getName() {
return "Amphibian";
}
}
public class Frog extends Amphibian {
@Override
public String getName() {
return super.getName() + ": Frog";
}
}
2.1 转换类
到目前为止，遇到ClassCastException的最常见情况是显式转换为不兼容的类型。
例如，让我们尝试将Frog转换为Mammal：
Frog frog = new Frog();
Mammal mammal = (Mammal) frog;
我们可能期望这里出现ClassCastException，但实际上，我们得到了一个编译错误：“incompatible types: Frog cannot be converted to Mammal”。但是，当我们使用公共超类型时，情况发生了变化：
Animal animal = new Frog();
Mammal mammal = (Mammal) animal;
现在，我们从第二行得到一个ClassCastException：
Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: class Frog cannot be cast to class Mammal (Frog and Mammal are in unnamed module of loader 'app')
at Main.main(Main.java:9)
向下转换为Mammal与Frog引用不兼容，因为Frog不是Mammal的子类型。在这种情况下，编译器无法帮助我们，因为Animal变量可能包含兼容类型的引用。
有趣的是，编译错误仅在我们尝试强制转换为明确不兼容的类时发生。对于接口来说，情况并非如此，因为Java支持接口多继承，而类只支持单继承。因此，编译器无法确定引用类型是否实现了特定接口。让我们举例说明：
Animal animal = new Frog();
Serializable serial = (Serializable) animal;
我们在第二行得到一个ClassCastException而不是编译错误：
Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: class Frog cannot be cast to class java.io.Serializable (Frog is in unnamed module of loader 'app'; java.io.Serializable is in module java.base of loader 'bootstrap')
at Main.main(Main.java:11)
2.2 转换数组
我们已经了解了类如何处理类型转换，现在让我们看看数组。数组转换与类转换的工作方式相同。但是，我们可能会对自动装箱和类型提升感到困惑。
因此，让我们看看当我们尝试以下强制转换时原始数组会发生什么：
Object primitives = new int[1];
Integer[] integers = (Integer[]) primitives;
第二行抛出ClassCastException，因为自动装箱不适用于数组。
类型提升怎么样？让我们尝试以下操作：
Object primitives = new int[1];
long[] longs = (long[]) primitives;
我们也会得到ClassCastException，因为类型提升不适用于整个数组。
2.3 安全转换
在显式转换的情况下，强烈建议在尝试使用instanceof进行转换之前检查类型的兼容性。
让我们看一个安全的转换示例：
Mammal mammal;
if (animal instanceof Mammal) {
mammal = (Mammal) animal;
} else {
// handle exceptional case
}
3. 堆污染
根据Java规范：“堆污染只有在程序执行某些涉及原始类型的操作时才会发生，这会导致编译时未经检查的警告”。
对于我们的示例，让我们考虑以下泛型类：
public static class Box<T> {
private T content;
public T getContent() {
return content;
}
public void setContent(T content) {
this.content = content;
}
}
我们现在将尝试按如下方式污染堆：
Box<Long> originalBox = new Box<>();
Box raw = originalBox;
raw.setContent(2.5);
Box<Long> bound = (Box<Long>) raw;
Long content = bound.getContent();
最后一行将抛出ClassCastException，因为它无法将Double引用转换为Long。
4. 泛型类型
在Java中使用泛型时，我们必须警惕类型擦除，这在某些情况下也会导致ClassCastException。
让我们考虑以下泛型方法：
public static <T> T convertInstanceOfObject(Object o) {
try {
return (T) o;
} catch (ClassCastException e) {
return null;
}
}
现在我们调用它：
String shouldBeNull = convertInstanceOfObject(123);
乍一看，我们可能合理地预期从catch块返回空引用。但是，在运行时，由于类型擦除，参数被强制转换为Object而不是String。因此，编译器面临着将Integer分配给String的任务，这会抛出ClassCastException。
5. 总结
在本文中，我们研究了一系列不适当转换的常见场景。
无论是隐式还是显式转换，将Java引用强制转换为另一种类型都可能导致ClassCastException，除非目标类型与实际类型相同或为实际类型的后代。
与往常一样，本教程的完整源代码可在GitHub上获得。
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