Effective Java 3rd 读书笔记(二)泛型(上)

由于前几章在看的过程中感觉用处不是特别大,且大部分与自己的理解相同,因此不做记录。这一部分主要记录泛型的概念和应用,由于自己对泛型的理解也不是很好,着重记录一下~由于泛型内容有点多,分成上下两部分。

  • 相关概念术语
  • 不要使用原始类型
    • 原始类型 vs 泛型
    • 实际应用
  • 消除 unchecked 警告
  • List 使用优于数组
    • 数组是协变的
    • 数组是具体化的

相关概念术语

首先什么是泛型呢。

声明中具有一个或多个类型参数的类或接口就是泛型类或泛型接口。例如,List 接口有一个类型参数 E,用于表示其元素类型。该接口的全名是 List(读作「List of E」),但人们通常简称为 List。泛型类和泛型接口统称为泛型。

每个泛型定义了一组参数化类型,这些参数化类型包括类名或接口名 + 带尖括号的参数列表。 例如ListList是接口名, String是参数列表中的元素。最后,每个泛型都定义了一个原始类型,它是没有任何相关类型参数的泛型的名称。例如List(这种被称作原始类型)。这种定义主要是为了与之前的泛型代码兼容。

不要使用原始类型

原始类型 vs 泛型

由于泛型是在Java 1.5才加入的,在1.5之前,java声明集合的方式如下:

private final Collection stamps = ... ;

在1.5之后,使用这种声明并调用,会出发警告, 且从集合中取出元素需要进行强转,这里容易出现 ClassCastException

stamps.add(new Coin( ... )); // 触发 "unchecked call" warning
OtherObject stamp = (OtherObject) stamps.get(0); // 在运行时抛出 ClassCastException

当声明泛型后,编译器会对集合中的元素进行检查,在编译时就能报错。当取出元素时,会触发自动类型转换。我们希望越早发现错误越好,最好在编写代码时发现问题,不希望在最终运行时抛出异常

这里有一个问题, 原始类型List可以放入任意对象,List同样可以放入任意对象,那么这两者的区别在哪里呢?

粗略地说,前者选择了不使用泛型系统,而后者明确地告诉编译器它能够保存任何类型的对象。虽然可以将 List 传递给 List 类型的参数,但不能将其传递给类型 List 的参数。泛型有子类型规则,List是原始类型 List 的子类型,而不是参数化类型 List 的子类型。因此,如果使用原始类型(如 List),就会失去类型安全性,但如果使用参数化类型(如 List)则不会。

实际应用

当我们想编写一个方法,该方法接受两个集合并返回它们共有的元素数量,Set 作为参数,作为新手可能这样写

//注意这里使用了原始类型,这样很危险
static int numElementsInCommon(Set s1, Set s2) {
    int result = 0;
    for (Object o1 : s1)
        if (s2.contains(o1))
    result++;
    return result;

书中给出的替代方法是使用无界通配符类型,即Set代替Set,这样做的好处是可以保证集合类型的一致性(保证集合内元素的类型唯一)

当然对于不应该使用原始类型的规则,有一些小的例外:

  1. 必须在类字面量中使用原始类型,例如List.class是合法的,但List.class``List.class是非法的
  2. instanceof 运算符的应用。 由于泛型信息在运行时被删除,因此在不是无界通配符类型之外的参数化类型上使用 instanceof 操作符是非法的。
//一旦确定 o 是一个 Set,就必须将其强制转换为通配符类型 Set,而不是原始类型 Set。这是一个经过检查的强制类型转换,所以不会引发编译器警告
if (o instanceof Set) { // Raw type
    Set s = (Set) o; // Wildcard type
    ...
}

消除 unchecked 警告

使用泛型编程时,总会看到许多编译器警告:

  • unchecked cast warnings
  • unchecked method invocation warnings
  • unchecked parameterized vararg type warnings
  • unchecked conversion warnings
    我们可以通过消除以上的unchecked warnings来保证泛型的安全性
//这样声明会给出unchecked警告
Set exaltation = new HashSet();
//一般IDE 或编译器会给出如下的修改建议
Set exaltation = new HashSet<>();

但是由于历史原因或其他原因,如果不能消除警告,但是可以证明引发警告的代码是类型安全的,那么(并且只有在那时)使用 SuppressWarnings("unchecked") 注解来抑制警告。@SuppressWarnings("unchecked")可以用于单个局部变量声明乃至整个类,但是总是在尽可能小的范围上使用 SuppressWarnings 注解, 同时每次使用 SuppressWarnings("unchecked") 注解时,要添加一条注释,说明这样做是安全的。

总之,unchecked 警告很重要。不要忽视他们。每个 unchecked 警告都代表了在运行时发生 ClassCastException 的可能性。尽最大努力消除这些警告。如果不能消除 unchecked 警告,并且可以证明引发该警告的代码是类型安全的,那么可以在尽可能狭窄的范围内使用 @SuppressWarnings("unchecked") 注释来禁止警告。在注释中记录你决定隐藏警告的理由。

List 使用优于数组

数组与泛型的区别:

  • 数组是协变的
  • 数组是具体化的
    由于这两个差异,数组和泛型不能很好地混合。例如,创建泛型、参数化类型或类型参数的数组是非法的。 即new List[]new List[]new E[]均不合法。

数组是协变的

如果type2type1的子类型,那么下面一段代码是合法的

// Long 是 object的子类型,代码合法,但是会在运行时抛出异常
Object[] objectArray = new Long[1];
objectArray[0] = "I don't fit in"; // Throws ArrayStoreException

对于List 则没有上述问题

//编译时报错
List ol = new ArrayList(); // Incompatible types
ol.add("I don't fit in");
 
 

数组是具体化的

数组在运行时知道并强制执行他们的元素类型,如果试图将 String 元素放入一个 Long 类型的数组中,就在运行时会得到 ArrayStoreException;泛型是通过擦除来实现的,只在编译时进行约束,运行时丢弃(或擦除)元素类型信息。

当在转换为数组类型时遇到泛型数组创建错误或 unchecked 强制转换警告时,通常最好的解决方案是使用集合类型 List,而不是数组类型 E[]。你可能会牺牲一些简洁性或性能,但作为交换,你可以获得更好的类型安全性和互操作性。
例如,假设你希望编写一个 Chooser 类,该类的构造函数接受一个集合,而单个方法返回随机选择的集合元素。

public class Chooser {
  private final Object[] choiceArray;

  public Chooser(Collection choices) {
    choiceArray = choices.toArray();
}

  public Object choose() {
    Random rnd = ThreadLocalRandom.current();
    return choiceArray[rnd.nextInt(choiceArray.length)];
  }
}

但是这样会出现一个问题,每次调用choose()后,都需要将结果进行一次强制转换,且很容易在运行时抛出异常。因此这里改为使用泛型

public class Chooser {
  private final T[] choiceArray;

  public Chooser(Collection choices) {
    //此处会编译报错
    choiceArray = choices.toArray();
  }

  public Object choose() {
    Random rnd = ThreadLocalRandom.current();
    return choiceArray[rnd.nextInt(choiceArray.length)];
  }
}

然而在编译时报错

Chooser.java:9: error: incompatible types: Object[] cannot be converted to T[]
choiceArray = choices.toArray();
^ where T is a type-variable:
T extends Object declared in class Chooser

到这也许会简单粗暴的把choiceArray = choices.toArray(); 变为 choiceArray = (T[]) choices.toArray();,进行强制转换。虽然这样解决了错误,但是又会派生一个警告:

# 强转可能会出现问题,不能保证在运行时转换的安全性,因为程序不知道类型 T 代表什么
 [unchecked] unchecked cast choiceArray = (T[]) choices.toArray();
^ required: T[], found: Object[]

注意: 虽然Chooser使用了泛型,在运行时元素类型会被抹去,但这样是仍然不安全的。

最终无错误无警告的版本:

public class Chooser {
    private final List choiceList;

    public Chooser(Collection choices) {
        choiceList = new ArrayList<>(choices);
    }

    public T choose() {
        Random rnd = ThreadLocalRandom.current();
        return choiceList.get(rnd.nextInt(choiceList.size()));
    }
}

总之数组和泛型有非常不同的类型规则。数组是协变的、具体化的;泛型是不变的和可被擦除的。因此,数组提供了运行时类型安全,而不是编译时类型安全,对于泛型反之亦然。一般来说,数组和泛型不能很好地混合。如果你发现将它们混合在一起并得到编译时错误或警告,那么你的第一个反应该是将数组替换为 list。

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