什么是泛型
Java泛型（generics）是JDK 5中引入的一个新特性，泛型提供了编译时类型安全监测机制，该机制允许程序员在编译时监测非法的类型。使用泛型机制编写的程序代码要比那些杂乱地使用Object变量，然后再进行强制类型转换的代码具有更好的安全性和可读性。泛型对于集合类尤其有用，例如，ArrayList就是一个无处不在的集合类。
泛型的本质是参数化类型，也就是所操作的数据类型被指定为一个参数。
为什么会有范型，泛型有什么用
1、实际的开发中我们会遇到算法类似，但传入的对象类型不同的情况。
public int addInt(int x,int y){
return x+y;
}
public float addFloat(float x,float y){
return x+y;
}
2、在一个List中添加不同类型的对象是可以的，但是在后期的使用中需要强制进行类型转换。如果忘记了，或者转换错了，因为编译阶段正常，而运行时会出现“java.lang.ClassCastException”异常。
List list = new ArrayList();
list.add("字符传类型");
list.add(1);
list.add(0.4);
list.add(new Thread());
String s = (String) list.get(0);
总结：所以泛型的好处就是
- 适用于多种数据类型执行相同的代码。
- 泛型中的类型在使用时指定，不需要强制类型转换。
怎样使用范型
泛型类
/**
* 定义一个泛型类
* @param
*/
public class NormalGeneric {
private K data;
public NormalGeneric() {
}
public NormalGeneric(K data) {
this.data = data;
}
public K getData() {
return data;
}
public void setData(K data) {
this.data = data;
}
public static void main(String[] args) {
NormalGeneric normalGeneric = new NormalGeneric<>();
normalGeneric.setData("字符传");
System.out.println(normalGeneric.getData());
NormalGeneric normalGeneric1 = new NormalGeneric();
normalGeneric1.setData(1);
}
}
在类名后面加一个<>其中声明一个类型参数，在后期的使用中传入实际的类型值，比如String类型。
范型接口
public interface Genertor {
public T next();
}
泛型接口与泛型类的声明方式类似。在后期的使用中有两种方式
- 实现类未传入泛型类型实参，在后期的使用中传入
public class ImplGenertor implements Genertor {
@Override
public T next() {
return null;
}
}
- 传入泛型实参，在后期使用中和普通类一样使用
public class ImplGenertor2 implements Genertor {
@Override
public String next() {
return null;
}
}
泛型方法
- 在普通类中声明泛型方法，在方法的返回值前加<>其中的值是泛型类型形参
public class GenericMethod {
public T genericMethod(T...a){
return a[a.length/2];
}
public void test(int x,int y){
System.out.println(x+y);
}
public static void main(String[] args) {
GenericMethod genericMethod = new GenericMethod();
genericMethod.test(23,343);
System.out.println(genericMethod.genericMethod("mark","av","lance"));
System.out.println(genericMethod.genericMethod(12,34));
}
}
- 在泛型类中声明泛型方法
public class Generic{
private T key;
public Generic(T key) {
this.key = key;
}
//虽然在方法中使用了泛型，但是这并不是一个泛型方法。
//这只是类中一个普通的成员方法，只不过他的返回值是在声明泛型类已经声明过的泛型。
//所以在这个方法中才可以继续使用 T 这个泛型。
public T getKey(){
return key;
}
/**
* 这个方法显然是有问题的，在编译器会给我们提示这样的错误信息"cannot reslove symbol E"
* 因为在类的声明中并未声明泛型E，所以在使用E做形参和返回值类型时，编译器会无法识别。
*/
// public E setKey(E key){
// this.key = key;
// }
//实际的泛型方法，思考泛型方法中的T与泛型类中的T相关吗，可以将T换成E吗
public T method(T t){
return t;
}
}
- 在静态类中声明泛型方法
static class GenerateTest{
//普通方法
public void show_1(T t){
System.out.println(t.toString());
}
//在泛型类中声明了一个泛型方法，使用泛型E，这种泛型E可以为任意类型。
// 可以类型与T相同，也可以不同。
//由于泛型方法在声明的时候会声明泛型，因此即使在泛型类中并未声明泛型，
// 编译器也能够正确识别泛型方法中识别的泛型。
public void show_3(E t){
System.out.println(t.toString());
}
//在泛型类中声明了一个泛型方法，使用泛型T，
// 注意这个T是一种全新的类型，可以与泛型类中声明的T不是同一种类型。
public void show_2(T t){
System.out.println(t.toString());
}
}
在范型类中定义的范型只影响范型类的普通方法，不影响范型类中的范型方法。泛型方法的辨析（什么是泛型方法，什么是普通方法）
限定类型变量
有时候，我们需要对类型变量加以约束，比如计算两个变量的最小，最大值。请问，如果确保传入的两个变量一定有compareTo方法？那么解决这个问题的方案就是将T限制为实现了接口Comparable的类
T表示应该绑定类型的子类型，Comparable表示绑定类型，子类型和绑定类型可以是类也可以是接口。
如果这个时候，我们试图传入一个没有实现接口Comparable的类的实例，将会发生编译错误。
public class ClassBorder {
private T data;
public T min(T outter){
if(this.data.compareTo(outter)>0)
return outter;
else
return this.data;
}
public T getData() {
return data;
}
public void setData(T data) {
this.data = data;
}
public static void main(String[] args) {
ClassBorder classBorder = new ClassBorder<>();
classBorder.setData("mark");
System.out.println(classBorder.min("av"));
}
}
同时extends左右都允许有多个，如 T,V extends Comparable & Serializable
注意限定类型中，只允许有一个类，而且如果有类，这个类必须是限定列表的第一个。
这种类的限定既可以用在泛型方法上也可以用在泛型类上。
public static T min(T a, T b){
if(a.compareTo(b)>0) return a; else return b;
}
泛型中的约束和局限性
现在我们有泛型类
public class Restrict {
private T data;
}
- 不同传入基本类型，需要传入基本类型的包装类
//Restrict
Restrict restrict = new Restrict<>();
- 运行时类型查询只适用于原始类型
// if(restrict instanceof Restrict)
// if(restrict instanceof Restrict)
Restrict restrictString= new Restrict<>();
System.out.println(restrict.getClass()==restrictString.getClass());
System.out.println(restrict.getClass().getName());
System.out.println(restrictString.getClass().getName());
- 泛型类的静态上下文中类型变量失效
不能在静态域或方法中引用类型变量。因为泛型是要在对象创建的时候才知道是什么类型的，而对象创建的代码执行先后顺序是static的部分，然后才是构造函数等等。所以在对象初始化之前static的部分已经执行了，如果你在静态部分引用的泛型，那么毫无疑问虚拟机根本不知道是什么东西，因为这个时候类还没有初始化。
//静态域或者方法里不能引用类型变量
//private static T instance;
//静态方法 本身是泛型方法就行
//private static T getInstance(){}
- 不能创建参数化类型的数组
数组是允许把一个子类数组赋给一个父类数组变量的！这会发生什么！？
Restrict[] restricts = new Restrict[10];
Object[] objects = restricts;
Restrict[] p=new Restrict[10];//实际这句是不能通过编译的,会提示错误
Object[] oj=p;
如果允许创建泛型数组，将能在数组p里存放任何类的对象，并且能够通过编译，因为在编译阶段p被认为是一个Object[ ]，也就是p里面可以放一个int，也可以放一个Restrict，当我们取出里面的int，并强制转换为Restrict，调用它的方法时会怎样？java.lang.ClassCastException！这就违反了泛型引入的原则。所以，Java不允许创建泛型数组。
- 不能实例化类型变量
public class Restrict {
private T data;
//不能实例化类型变量
// public Restrict() {
// this.data = new T();
// }
}
- 不能捕获泛型类的实例
/*泛型类不能extends Exception/Throwable*/
//private class Problem extends Exception;
/*不能捕获泛型类对象*/
// public void doWork(T x){
// try{
//
// }catch(T x){
// //do sth;
// }
// }
泛型类型的继承规则
现在我们有一个类Employee和一个子类Worker，一个泛型类Pair。
public class Employee {}
public class Worker extends Employee {}
public class Pair{}
请问Pair
答案：不是，他们之间没有什么关系
/*泛型类可以继承或者扩展其他泛型类，比如List和ArrayList*/
private static class ExtendPair extends Pair{ }
通配符类型(也叫泛型读取模式，可读或者可写，注意与泛型的限定类型区分public class ClassBorder，二者没有关系)
正是因为前面所述的，Pair
public class GenericType {
private T data;
public T getData() {
return data;
}
public void setData(T data) {
this.data = data;
}
}
public static void print(GenericType p){
System.out.println(p.getData().getColor());
}
现在我们有继承关系
public class Food {}
public class Fruit extends Food {}
public class Orange extends Fruit {}
public class Apple extends Fruit {}
public class HongFuShi extends Apple {}
则会产生这种情况：
public static void use(){
GenericType a = new GenericType<>();
print(a);
GenericType b = new GenericType<>();
//print(b);这样是不允许的
}
为解决这个问题，于是提出了一个通配符类型 ?
有两种使用方式：
？ extends X 表示类型的上界，类型参数是X的子类
？ super X 表示类型的下界，类型参数是X的超类
这两种 方式从名字上来看，特别是super，很有迷惑性，下面我们来仔细辨析这两种方法。
？ extends X
表示传递给方法的参数，必须是X的子类（包括X本身）
public static void print2(GenericType p){
System.out.println(p.getData().getColor());
}
public static void use2(){
GenericType a = new GenericType<>();
print2(a);
GenericType b = new GenericType<>();
print2(b);
//print2(new GenericType());不被允许
GenericType c = new GenericType<>();
Apple apple = new Apple();
Fruit fruit = new Fruit();
//c.setData(apple);//不允许
//c.setData(fruit);//不允许
Fruit x = c.getData();
// ? extends FuClass == 只能获取，不能修改
//
List list = new ArrayList();
// 不能修改
/*list.add(fuClass);
list.add(ziClass);*/
// 能获取
FuClass fuClass = list.get(0);
}
但是对泛型类GenericType来说，如果其中提供了get和set类型参数变量的方法的话，set方法是不允许被调用的，会出现编译错误。get方法则没问题，会返回一个Fruit类型的值。为何？
道理很简单，？ extends X 表示类型的上界，类型参数是X的子类，那么可以肯定的说，get方法返回的一定是个X（不管是X或者X的子类）编译器是可以确定知道的。但是set方法只知道传入的是个X，至于具体是X的那个子类，不知道。
总结：主要用于安全地访问数据，可以访问X及其子类型，并且不能写入非null的数据。
？ super X
表示传递给方法的参数，必须是X的超类（包括X本身)
public static void printSuper(GenericType p){
System.out.println(p.getData());
}
public static void useSuper(){
GenericType fruitGenericType = new GenericType<>();
GenericType appleGenericType = new GenericType<>();
GenericType hongFuShiGenericType = new GenericType<>();
GenericType orangeGenericType = new GenericType<>();
printSuper(fruitGenericType);
printSuper(appleGenericType);
//printSuper(hongFuShiGenericType);
//printSuper(orangeGenericType);
//表示GenericType的类型参数的下界是Apple
GenericType x = new GenericType<>();
x.setData(new Apple());
x.setData(new HongFuShi());
//x.setData(new Fruit());
Object data = x.getData();
}
对泛型类GenericType来说，如果其中提供了get和set类型参数变量的方法的话，set方法可以被调用的，且能传入的参数只能是X或者X的父类。
get方法只会返回一个Object类型的值。
为何？
？ super X 表示类型的下界，类型参数是X的超类（包括X本身），那么可以肯定的说，get方法返回的一定是个X的超类，那么到底是哪个超类？不知道，但是可以肯定的说，Object一定是它的超类，所以get方法返回Object。编译器是可以确定知道的。对于set方法来说，编译器不知道它需要的确切类型，但是X和X的子类可以安全的转型为X。
总结：主要用于安全地写入数据，可以写入X及其子类型。
虚拟机是如何实现泛型的
泛型思想早在C++语言的模板（Template）中就开始生根发芽，在Java语言处于还没有出现泛型的版本时，只能通过Object是所有类型的父类和类型强制转换两个特点的配合来实现类型泛化。由于Java语言里面所有的类型都继承于java.lang.Object，所以Object转型成任何对象都是有可能的。但是也因为有无限的可能性，就只有程序员和运行期的虚拟机才知道这个Object到底是个什么类型的对象。在编译期间，编译器无法检查这个Object的强制转型是否成功，如果仅仅依赖程序员去保障这项操作的正确性，许多ClassCastException的风险就会转嫁到程序运行期之中。
泛型技术在C#和Java之中的使用方式看似相同，但实现上却有着根本性的分歧，C#里面泛型无论在程序源码中、编译后的IL中（Intermediate Language，中间语言，这时候泛型是一个占位符），或是运行期的CLR中，都是切实存在的，List＜int＞与List＜String＞就是两个不同的类型，它们在系统运行期生成，有自己的虚方法表和类型数据，这种实现称为类型膨胀，基于这种方法实现的泛型称为真实泛型。
Java语言中的泛型则不一样，它只在程序源码中存在，在编译后的字节码文件中，就已经替换为原来的原生类型（Raw Type，也称为裸类型）了，并且在相应的地方插入了强制转型代码，因此，对于运行期的Java语言来说，ArrayList＜int＞与ArrayList＜String＞就是同一个类，所以泛型技术实际上是Java语言的一颗语法糖，Java语言中的泛型实现方法称为类型擦除，基于这种方法实现的泛型称为伪泛型。
将一段Java代码编译成Class文件，然后再用字节码反编译工具进行反编译后，将会发现泛型都不见了，程序又变回了Java泛型出现之前的写法，泛型类型都变回了原生类型。
public static String method(List stringList){
System.out.println("List");
return "OK";
}
// public static Integer method(List stringList){
// System.out.println("List");
// return 1;
// }
上面这段代码是不能被编译的，因为参数List＜Integer＞和List＜String＞编译之后都被擦除了，变成了一样的原生类型List＜E＞，擦除动作导致这两种方法的特征签名变得一模一样。
由于Java泛型的引入，各种场景（虚拟机解析、反射等）下的方法调用都可能对原有的基础产生影响和新的需求，如在泛型类中如何获取传入的参数化类型等。因此，JCP组织对虚拟机规范做出了相应的修改，引入了诸如Signature、LocalVariableTypeTable等新的属性用于解决伴随泛型而来的参数类型的识别问题，Signature是其中最重要的一项属性，它的作用就是存储一个方法在字节码层面的特征签名[3]，这个属性中保存的参数类型并不是原生类型，而是包括了参数化类型的信息。修改后的虚拟机规范要求所有能识别49.0以上版本的Class文件的虚拟机都要能正确地识别Signature参数。
另外，从Signature属性的出现我们还可以得出结论，擦除法所谓的擦除，仅仅是对方法的Code属性中的字节码进行擦除，实际上元数据中还是保留了泛型信息，这也是我们能通过反射手段取得参数化类型的根本依据。
public static void printSuper(GenericType p) {
System.out.println(p.getData());
}
可以看到方法中没有类型信息，可以发现类型参数是存储在Signature中