Объяснение ClassCastException в Java

1. Обзор

В этом коротком уроке мы сосредоточимся на ClassCastException , общем исключении Java .

ClassCastException – это непроверенное исключение , которое сигнализирует о том, что код попытался привести ссылку на тип, к которому он не является подтипом .

Давайте рассмотрим некоторые сценарии, которые приводят к возникновению этого исключения, и как мы можем их избежать.

2. Явный Кастинг

Для наших следующих экспериментов рассмотрим следующие классы:

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. Классы литья

Безусловно, наиболее распространенный сценарий встречи с ClassCastException явно приводит к несовместимому типу.

Например, давайте попробуем бросить Лягушку в Млекопитающее :

Frog frog = new Frog();
Mammal mammal = (Mammal) frog;

Мы могли бы ожидать здесь ClassCastException , но на самом деле мы получаем ошибку компиляции: “несовместимые типы: Лягушка не может быть преобразована в млекопитающее”. Однако ситуация меняется, когда мы используем общий супертип:

Animal animal = new Frog();
Mammal mammal = (Mammal) animal;

Теперь мы получаем ClassCastException из второй строки:

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)

Проверенное значение Mammal несовместимо со ссылкой Frog , поскольку Frog не является подтипом Mammal . В этом случае компилятор не может нам помочь, так как переменная Animal может содержать ссылку совместимого типа.

Интересно отметить, что ошибка компиляции возникает только тогда, когда мы пытаемся привести к однозначно несовместимому классу. То же самое не относится к интерфейсам, поскольку Java поддерживает наследование нескольких интерфейсов, но только одно наследование для классов. Таким образом, компилятор не может определить, реализует ли ссылочный тип определенный интерфейс или нет. Давайте приведем пример:

Animal animal = new Frog();
Serializable serial = (Serializable) animal;

Мы получаем ClassCastException во второй строке вместо ошибки компиляции:

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. Литейные массивы

Мы видели, как классы обрабатывают приведение, теперь давайте посмотрим на массивы. Приведение массива работает так же, как и приведение класса. Однако мы можем запутаться в автобоксах и продвижении типов или их отсутствии.

Таким образом, давайте посмотрим, что происходит с примитивными массивами, когда мы пытаемся выполнить следующее приведение:

Object primitives = new int[1];
Integer[] integers = (Integer[]) primitives;

Вторая строка вызывает исключение ClassCastException as autoboxing не работает для массивов.

Как насчет продвижения по службе? Давайте попробуем следующее:

Object primitives = new int[1];
long[] longs = (long[]) primitives;

Мы также получаем исключение ClassCastException , потому что продвижение типа не работает для целых массивов.

2.3. Безопасное литье

В случае явного приведения настоятельно рекомендуется проверить совместимость типов перед попыткой приведения с помощью instanceof .

Давайте рассмотрим пример безопасного приведения:

Mammal mammal;
if (animal instanceof Mammal) {
    mammal = (Mammal) animal;
} else {
    // handle exceptional case
}

3. Загрязнение Кучи

В соответствии со спецификацией Java : ” Загрязнение кучи может произойти только в том случае, если программа выполнила какую-либо операцию с использованием необработанного типа, которая приведет к появлению непроверенного предупреждения во время компиляции”.

Для нашего эксперимента рассмотрим следующий универсальный класс:

public static class Box {
    private T content;

    public T getContent() {
        return content;
    }

    public void setContent(T content) {
        this.content = content;
    }
}

Теперь мы попытаемся загрязнить кучу следующим образом:

Box originalBox = new Box<>();
Box raw = originalBox;
raw.setContent(2.5);
Box bound = (Box) raw;
Long content = bound.getContent();

Последняя строка вызовет исключение ClassCastException , поскольку она не может преобразовать ссылку D ouble в Long .

4. Общие типы

При использовании дженериков в Java мы должны быть осторожны с стиранием типов , что также может привести к ClassCastException в некоторых условиях.

Давайте рассмотрим следующий общий метод:

public static  T convertInstanceOfObject(Object o) {
    try {
        return (T) o;
    } catch (ClassCastException e) {
        return null;
    }
}

А теперь давайте назовем это:

String shouldBeNull = convertInstanceOfObject(123);

На первый взгляд, мы можем разумно ожидать нулевую ссылку, возвращаемую из блока catch. Однако во время выполнения из-за стирания типа параметр приводится к Object вместо String . Таким образом , компилятор сталкивается с задачей присвоения целого числа | строке , которая вызывает исключение ClassCastException.

5. Заключение

В этой статье мы рассмотрели ряд распространенных сценариев неподходящего кастинга.

Независимо от того, явные или неявные, приведение ссылок Java к другому типу может привести к ClassCastException , если целевой тип не совпадает или не является потомком фактического типа .

Код, используемый в этой статье, можно найти на GitHub .