Java深入理解之泛型

目录

一、什么是泛型？

二、为什么要使用泛型？

三、泛型的规则

三、泛型的使用场景

四、泛型的使用方式

五、泛型的通配符（边界）

六、泛型的类型擦除

七、泛型的阴暗角落

八、总结

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一、什么是泛型？

泛型是Java SE 1.5 的新特性，《Java 核心技术》中对泛型的定义是： “泛型” 意味着编写的代码可以被不同类型的对象所重用。可见泛型的提出是为了编写重用性更好的代码。而泛型的本质是参数化类型，也就是说所操作的数据类型被指定为一个参数。 

public class Paly{ 
    T play(){} 
}

其中T就是作为一个类型参数在Play被实例化的时候所传递来的参数，比如：

Play playInteger=new Play<>();

这里T就会被实例化为Integer。

二、为什么要使用泛型？

1、使用泛型能写出更加灵活通用的代码

泛型的设计主要参照了C++的模板，旨在能让人写出更加通用化，更加灵活的代码。模板/泛型代码，就好像做雕塑时的模板，有了模板，需要生产的时候就只管向里面注入具体的材料就行，不同的材料可以产生不同的效果，这便是泛型最初的设计宗旨。

2、泛型将代码安全性检查提前到编译期并能够省去类型强制转换。

泛型被加入Java语法中，有一个最大的原因：解决容器的类型安全，使用泛型后，能让编译器在编译的时候借助传入的类型参数检查对容器的插入，获取操作是否合法，编译时期就可以检查出因 Java 类型不正确导致的 ClassCastException 异常，符合越早出错代价越小原则。比如：

List dogs =new ArrayList();
dogs.add(new Cat());

在没有泛型之前，这种代码除非运行，否则你永远找不到它的错误。但是加入泛型后会在编译的时候就检查出来。

List dogs=new ArrayList<>();
dogs.add(new Cat());//Error Compile

并在引入泛型之前，要想实现一个通用的、可以处理不同类型的方法，你需要使用 Object 作为属性和方法参数。然而由于 Object 是所有类的父类，所有的类都可以作为成员被添加到上述类中；当需要使用的时候，必须进行强制转换。

Dog dog=(Dog)dogs.get(1);

加入泛型后，由于编译器知道了具体的类型，因此编译期会自动进行强制转换，使得代码更加优雅。

3、潜在的性能收益

由于泛型的实现方式，支持泛型（几乎）不需要 JVM 或类文件更改。所有工作都在编译器中完成，编译器生成的代码跟不使用泛型（和强制类型转换）时所写的代码几乎一致，只是更能确保类型安全而已。

三、泛型的规则

泛型的参数类型只能是类（包括自定义类），不能是简单类型。

同一种泛型可以对应多个版本（因为参数类型是不确定的），不同版本的泛型类实例是不兼容的。

泛型的类型参数可以有多个。

泛型的参数类型可以使用 extends 语句，习惯上称为“有界类型”

泛型的参数类型还可以是通配符类型，例如 Class。

三、泛型的使用场景

当类中要操作的引用数据类型不确定的时候，过去使用 Object 来完成扩展，JDK 1.5后推荐使用泛型来完成扩展，同时保证安全性。

四、泛型的使用方式

泛型的本质是参数化类型，也就是说所操作的数据类型被指定为一个参数。

类型参数的意义是告诉编译器这个集合中要存放实例的类型，从而在添加其他类型时做出提示，在编译时就为类型安全做了保证。

这种参数类型可以用在类、接口和方法的创建中，分别称为泛型类、泛型接口、泛型方法。

/**
 * 

 *      Description: 泛型类
 * 
 * 

 *      Author: shixinzhang
 */
public class GenericClass {
    private F mContent;

    public GenericClass(F content){
        mContent = content;
    }

    /**
     * 泛型方法
     * @return
     */
    public F getContent() {
        return mContent;
    }

    public void setContent(F content) {
        mContent = content;
    }

    /**
     * 泛型接口
     * @param 
     */
    public interface GenericInterface{
        void doSomething(T t);
    }
}

1、泛型类

• 泛型类和普通类的区别就是类名后有类型参数列表 ，既然叫“列表”了，当然这里的类型参数可以有多个，比如 public class HashMap<K, V>，参数名称由开发者决定。
• 类名中声明参数类型后，内部成员、方法就可以使用这个参数类型，比如上面的 GenericClass 就是一个泛型类，它在类名后声明了类型 F，它的成员、方法就可以使用 F 表示成员类型、方法参数/返回值都是 F 类型。
• 泛型类最常见的用途就是作为容纳不同类型数据的容器类，比如 Java 集合容器类。

2、泛型接口

和泛型类一样，泛型接口在接口名后添加类型参数，比如上面的 GenericInterface，接口声明类型后，接口方法就可以直接使用这个类型。实现类在实现泛型接口时需要指明具体的参数类型，不然默认类型是 Object，这就失去了泛型接口的意义。

未指明类型的实现类，默认是 Object 类型：

public class Generic implements GenericInterface{

    @Override
    public void doSomething(Object o) {
        //...
    }
}

指明了类型的实现：

public class Generic implements GenericInterface{
    @Override
    public void doSomething(String s) {
        //...
    }
}

泛型接口比较实用的使用场景就是用作策略模式的公共策略，比如 Java 解惑：Comparable 和 Comparator 的区别 中介绍的 Comparator，它就是一个泛型接口：

public interface Comparator { 
    public int compare(T lhs, T rhs); 

    public boolean equals(Object object); 
}

泛型接口定义基本的规则，然后作为引用传递给客户端，这样在运行时就能传入不同的策略实现类。

3、泛型方法

泛型方法是指使用泛型的方法，如果它所在的类是个泛型类，那就很简单了，直接使用类声明的参数。如果一个方法所在的类不是泛型类，或者他想要处理不同于泛型类声明类型的数据，那它就需要自己声明类型，举个例子：

**
 * 传统的方法，会有 unchecked ... raw type 的警告
 * @param s1
 * @param s2
 * @return
 */
public Set union(Set s1, Set s2){
    Set result = new HashSet(s1);
    result.addAll(s2);
    return result;
}

/**
 * 泛型方法，介于方法修饰符和返回值之间的称作 类型参数列表  (可以有多个)
 *      类型参数列表 指定参数、返回值中泛型参数的类型范围，命名惯例与泛型相同
 * @param s1
 * @param s2
 * @param 
 * @return
 */
public  Set union2(Set s1, Set s2){
    Set result = new HashSet<>(s1);
    result.addAll(s2);
    return result;
}

注意上述代码在返回值前面也有个 ，它和类名后面的类型参数列表意义一致，指明了这个方法中类型参数的意义、范围。

五、泛型的通配符（边界）

有时候希望传入的类型有一个指定的范围，从而可以进行一些特定的操作，这时候就是通配符边界登场的时候了。泛型中有三种通配符形式：

• 无限制通配符
• extends 关键字声明了类型的上界，表示参数化的类型可能是所指定的类型，或者是此类型的子类
• super 关键字声明了类型的下界，表示参数化的类型可能是指定的类型，或者是此类型的父类

1、 无限制通配符

要使用泛型，但是不确定或者不关心实际要操作的类型，可以使用无限制通配符（尖括号里一个问号，即  ），表示可以持有任何类型。大部分情况下，这种限制是好的，但这使得一些理应正确的基本操作都无法完成，比如交换两个元素的位置，看代码：

private void swap(List list, int i, int j){
    Object o = list.get(i);
    list.set(j,o);
}

这个代码看上去应该是正确的，但 Java 编译器会提示编译错误，set 语句是非法的。编译器提示我们把方法中的 List 改成 List