Java泛型详解

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一,打破砂锅问到底

泛型存在的意义?
泛型类,泛型接口,泛型方法如何定义?
如何限定类型变量?
泛型中使用的约束和局限性有哪些?
泛型类型的继承规则是什么?
泛型中的通配符类型是什么?
如何获取泛型的参数类型?
虚拟机是如何实现泛型的?
在日常开发中是如何运用泛型的?

Java泛型详解.png

二,晓之以理动之以码

1,泛型的定义以及存在意义

泛型,即“参数化类型”。就是将类型由原来的具体的类型参数化,类似于方法中的变量参数,此时类型也定义成参数形式(可以称之为类型形参),然后在使用/调用时传入具体的类型(类型实参)。
例如:GenericClass{}

一些常用的泛型类型变量:
E:元素(Element),多用于java集合框架
K:关键字(Key)
N:数字(Number)
T:类型(Type)
V:值(Value)

如果要实现不同类型的加法,每种类型都需要重载一个add方法

package com.jay.java.泛型.needGeneric;

/**
 * Author:Jay On 2019/5/9 16:06
 * 

* Description: 为什么使用泛型 */ public class NeedGeneric1 { private static int add(int a, int b) { System.out.println(a + "+" + b + "=" + (a + b)); return a + b; } private static float add(float a, float b) { System.out.println(a + "+" + b + "=" + (a + b)); return a + b; } private static double add(double a, double b) { System.out.println(a + "+" + b + "=" + (a + b)); return a + b; } private static double add(T a, T b) { System.out.println(a + "+" + b + "=" + (a.doubleValue() + b.doubleValue())); return a.doubleValue() + b.doubleValue(); } public static void main(String[] args) { NeedGeneric1.add(1, 2); NeedGeneric1.add(1f, 2f); NeedGeneric1.add(1d, 2d); NeedGeneric1.add(Integer.valueOf(1), Integer.valueOf(2)); NeedGeneric1.add(Float.valueOf(1), Float.valueOf(2)); NeedGeneric1.add(Double.valueOf(1), Double.valueOf(2)); } }

取出集合元素时需要人为的强制类型转化到具体的目标类型,且很容易现“java.lang. ClassCast Exception”异常。

package com.jay.java.泛型.needGeneric;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

/**
 * Author:Jay On 2019/5/9 16:23
 * 

* Description: 为什么要使用泛型 */ public class NeedGeneric2 { static class C{ } public static void main(String[] args) { List list=new ArrayList(); list.add("A"); list.add("B"); list.add(new C()); list.add(100); //1.当我们将一个对象放入集合中,集合不会记住此对象的类型,当再次从集合中取出此对象时,改对象的编译类型变成了Object类型,但其运行时类型任然为其本身类型。 //2.因此,//1处取出集合元素时需要人为的强制类型转化到具体的目标类型,且很容易出现“java.lang.ClassCastException”异常。 for (int i = 0; i < list.size(); i++) { // System.out.println(list.get(i)); String value= (String) list.get(i); System.out.println(value); } } }

所以使用泛型的意义在于
1,适用于多种数据类型执行相同的代码(代码复用)
2, 泛型中的类型在使用时指定,不需要强制类型转换(类型安全,编译器会检查类型)

2,泛型类的使用

定义一个泛型类:public class GenericClass{}

package com.jay.java.泛型.DefineGeneric;

/**
 * Author:Jay On 2019/5/9 16:49
 * 

* Description: 泛型类 */ public class GenericClass { private T data; public T getData() { return data; } public void setData(T data) { this.data = data; } public static void main(String[] args) { GenericClass genericClass=new GenericClass<>(); genericClass.setData("Generic Class"); System.out.println(genericClass.getData()); } }

3,泛型接口的使用

定义一个泛型接口:public interface GenericIntercace{}

/**
 * Author:Jay On 2019/5/9 16:57
 * 

* Description: 泛型接口 */ public interface GenericIntercace { T getData(); }

实现泛型接口方式一:public class ImplGenericInterface1 implements GenericIntercace

/**
 * Author:Jay On 2019/5/9 16:59
 * 

* Description: 泛型接口实现类-泛型类实现方式 */ public class ImplGenericInterface1 implements GenericIntercace { private T data; private void setData(T data) { this.data = data; } @Override public T getData() { return data; } public static void main(String[] args) { ImplGenericInterface1 implGenericInterface1 = new ImplGenericInterface1<>(); implGenericInterface1.setData("Generic Interface1"); System.out.println(implGenericInterface1.getData()); } }

实现泛型接口方式二:public class ImplGenericInterface2 implements GenericIntercace {}

/**
 * Author:Jay On 2019/5/9 17:01
 * 

* Description: 泛型接口实现类-指定具体类型实现方式 */ public class ImplGenericInterface2 implements GenericIntercace { @Override public String getData() { return "Generic Interface2"; } public static void main(String[] args) { ImplGenericInterface2 implGenericInterface2 = new ImplGenericInterface2(); System.out.println(implGenericInterface2.getData()); } }

4,泛型方法的使用

定义一个泛型方法: private static TgenericAdd(T a, T b) {}

/**
 * Author:Jay On 2019/5/10 10:46
 * 

* Description: 泛型方法 */ public class GenericMethod1 { private static int add(int a, int b) { System.out.println(a + "+" + b + "=" + (a + b)); return a + b; } private static T genericAdd(T a, T b) { System.out.println(a + "+" + b + "="+a+b); return a; } public static void main(String[] args) { GenericMethod1.add(1, 2); GenericMethod1.genericAdd("a", "b"); } }

/**
 * Author:Jay On 2019/5/10 16:22
 * 

* Description: 泛型方法 */ public class GenericMethod3 { static class Animal { @Override public String toString() { return "Animal"; } } static class Dog extends Animal { @Override public String toString() { return "Dog"; } } static class Fruit { @Override public String toString() { return "Fruit"; } } static class GenericClass { public void show01(T t) { System.out.println(t.toString()); } public void show02(T t) { System.out.println(t.toString()); } public void show03(K k) { System.out.println(k.toString()); } } public static void main(String[] args) { Animal animal = new Animal(); Dog dog = new Dog(); Fruit fruit = new Fruit(); GenericClass genericClass = new GenericClass<>(); //泛型类在初始化时限制了参数类型 genericClass.show01(dog); // genericClass.show01(fruit); //泛型方法的参数类型在使用时指定 genericClass.show02(dog); genericClass.show02(fruit); genericClass.show03(animal); genericClass.show03(dog); genericClass.show03(fruit); // genericClass.show03(animal); } }

5,限定泛型类型变量

1,对类的限定:public class TypeLimitForClass{}
2,对方法的限定:public static>T getMin(T a, T b) {}

/**
 * Author:Jay On 2019/5/10 16:38
 * 

* Description: 类型变量的限定-方法 */ public class TypeLimitForMethod { /** * 计算最小值 * 如果要实现这样的功能就需要对泛型方法的类型做出限定 */ // private static T getMin(T a, T b) { // return (a.compareTo(b) > 0) ? a : b; // } /** * 限定类型使用extends关键字指定 * 可以使类,接口,类放在前面接口放在后面用&符号分割 * 例如: & Serializable> */ public static > T getMin(T a, T b) { return (a.compareTo(b) < 0) ? a : b; } public static void main(String[] args) { System.out.println(TypeLimitForMethod.getMin(2, 4)); System.out.println(TypeLimitForMethod.getMin("a", "r")); } }

/**
 * Author:Jay On 2019/5/10 17:02
 * 

* Description: 类型变量的限定-类 */ public class TypeLimitForClass { private T data; public T getData() { return data; } public void setData(T data) { this.data = data; } public static void main(String[] args) { ArrayList stringArrayList = new ArrayList<>(); stringArrayList.add("A"); stringArrayList.add("B"); ArrayList integerArrayList = new ArrayList<>(); integerArrayList.add(1); integerArrayList.add(2); integerArrayList.add(3); TypeLimitForClass typeLimitForClass01 = new TypeLimitForClass<>(); typeLimitForClass01.setData(stringArrayList); TypeLimitForClass typeLimitForClass02 = new TypeLimitForClass<>(); typeLimitForClass02.setData(integerArrayList); System.out.println(getMinListSize(typeLimitForClass01.getData().size(), typeLimitForClass02.getData().size())); } public static > T getMinListSize(T a, T b) { return (a.compareTo(b) < 0) ? a : b; }

6,泛型中的约束和局限性

1,不能实例化泛型类
2,静态变量或方法不能引用泛型类型变量,但是静态泛型方法是可以的
3,基本类型无法作为泛型类型
4,无法使用instanceof关键字或==判断泛型类的类型
5,泛型类的原生类型与所传递的泛型无关,无论传递什么类型,原生类是一样的
6,泛型数组可以声明但无法实例化
7,泛型类不能继承Exception或者Throwable
8,不能捕获泛型类型限定的异常但可以将泛型限定的异常抛出

/**
 * Author:Jay On 2019/5/10 17:41
 * 

* Description: 泛型的约束和局限性 */ public class GenericRestrict1 { static class NormalClass { } private T data; /** * 不能实例化泛型类 * Type parameter 'T' cannot be instantiated directly */ public void setData() { //this.data = new T(); } /** * 静态变量或方法不能引用泛型类型变量 * 'com.jay.java.泛型.restrict.GenericRestrict1.this' cannot be referenced from a static context */ // private static T result; // private static T getResult() { // return result; // } /** * 静态泛型方法是可以的 */ private static K getKey(K k) { return k; } public static void main(String[] args) { NormalClass normalClassA = new NormalClass(); NormalClass normalClassB = new NormalClass(); /** * 基本类型无法作为泛型类型 */ // GenericRestrict1 genericRestrictInt = new GenericRestrict1<>(); GenericRestrict1 genericRestrictInteger = new GenericRestrict1<>(); GenericRestrict1 genericRestrictString = new GenericRestrict1<>(); /** * 无法使用instanceof关键字判断泛型类的类型 * Illegal generic type for instanceof */ // if(genericRestrictInteger instanceof GenericRestrict1){ // return; // } /** * 无法使用“==”判断两个泛型类的实例 * Operator '==' cannot be applied to this two instance */ // if (genericRestrictInteger == genericRestrictString) { // return; // } /** * 泛型类的原生类型与所传递的泛型无关,无论传递什么类型,原生类是一样的 */ System.out.println(normalClassA == normalClassB);//false System.out.println(genericRestrictInteger == genericRestrictInteger);// System.out.println(genericRestrictInteger.getClass() == genericRestrictString.getClass()); //true System.out.println(genericRestrictInteger.getClass());//com.jay.java.泛型.restrict.GenericRestrict1 System.out.println(genericRestrictString.getClass());//com.jay.java.泛型.restrict.GenericRestrict1 /** * 泛型数组可以声明但无法实例化 * Generic array creation */ GenericRestrict1[] genericRestrict1s; // genericRestrict1s = new GenericRestrict1[10]; genericRestrict1s = new GenericRestrict1[10]; genericRestrict1s[0]=genericRestrictString; } }

/**
 * Author:Jay On 2019/5/10 18:45
 * 

* Description: 泛型和异常 */ public class GenericRestrict2 { private class MyException extends Exception { } /** * 泛型类不能继承Exception或者Throwable * Generic class may not extend 'java.lang.Throwable' */ // private class MyGenericException extends Exception { // } // // private class MyGenericThrowable extends Throwable { // } /** * 不能捕获泛型类型限定的异常 * Cannot catch type parameters */ public void getException(T t) { // try { // // } catch (T e) { // // } } /** *可以将泛型限定的异常抛出 */ public void getException(T t) throws T { try { } catch (Exception e) { throw t; } } }

7,泛型类型继承规则

1,对于泛型参数是继承关系的泛型类之间是没有继承关系的
2,泛型类可以继承其它泛型类,例如: public class ArrayList extends AbstractList
3,泛型类的继承关系在使用中同样会受到泛型类型的影响

/**
 * Author:Jay On 2019/5/10 19:13
 * 

* Description: 泛型继承规则测试类 */ public class GenericInherit { private T data1; private T data2; public T getData1() { return data1; } public void setData1(T data1) { this.data1 = data1; } public T getData2() { return data2; } public void setData2(T data2) { this.data2 = data2; } public static void setData2(GenericInherit data2) { } public static void main(String[] args) { // Son 继承自 Father Father father = new Father(); Son son = new Son(); GenericInherit fatherGenericInherit = new GenericInherit<>(); GenericInherit sonGenericInherit = new GenericInherit<>(); SubGenericInherit fatherSubGenericInherit = new SubGenericInherit<>(); SubGenericInherit sonSubGenericInherit = new SubGenericInherit<>(); /** * 对于传递的泛型类型是继承关系的泛型类之间是没有继承关系的 * GenericInherit 与GenericInherit 没有继承关系 * Incompatible types. */ father = new Son(); // fatherGenericInherit=new GenericInherit(); /** * 泛型类可以继承其它泛型类,例如: public class ArrayList extends AbstractList */ fatherGenericInherit=new SubGenericInherit(); /** *泛型类的继承关系在使用中同样会受到泛型类型的影响 */ setData2(fatherGenericInherit); // setData2(sonGenericInherit); setData2(fatherSubGenericInherit); // setData2(sonSubGenericInherit); } private static class SubGenericInherit extends GenericInherit { }

8,通配符类型

1, 指定了泛型类型的上届
2, 指定了泛型类型的下届
3, 指定了没有限制的泛型类型

通配符测试类结构.png
/**
 * Author:Jay On 2019/5/10 19:51
 * 

* Description: 泛型通配符测试类 */ public class GenericByWildcard { private static void print(GenericClass fruitGenericClass) { System.out.println(fruitGenericClass.getData().getColor()); } private static void use() { GenericClass fruitGenericClass = new GenericClass<>(); print(fruitGenericClass); GenericClass orangeGenericClass = new GenericClass<>(); //类型不匹配,可以使用 来解决 // print(orangeGenericClass); } /** * 指定了泛型类型的上届 */ private static void printExtends(GenericClass genericClass) { System.out.println(genericClass.getData().getColor()); } public static void useExtend() { GenericClass fruitGenericClass = new GenericClass<>(); printExtends(fruitGenericClass); GenericClass orangeGenericClass = new GenericClass<>(); printExtends(orangeGenericClass); GenericClass foodGenericClass = new GenericClass<>(); //Food是Fruit的父类,超过了泛型上届范围,类型不匹配 // printExtends(foodGenericClass); //表示GenericClass的类型参数的上届是Fruit GenericClass extendFruitGenericClass = new GenericClass<>(); Apple apple = new Apple(); Fruit fruit = new Fruit(); /* * 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。 */ // extendFruitGenericClass.setData(apple); // extendFruitGenericClass.setData(fruit); fruit = extendFruitGenericClass.getData(); } /** * 指定了泛型类型的下届 */ public static void printSuper(GenericClass genericClass) { System.out.println(genericClass.getData()); } public static void useSuper() { GenericClass foodGenericClass = new GenericClass<>(); printSuper(foodGenericClass); GenericClass fruitGenericClass = new GenericClass<>(); printSuper(fruitGenericClass); GenericClass appleGenericClass = new GenericClass<>(); printSuper(appleGenericClass); GenericClass hongFuShiAppleGenericClass = new GenericClass<>(); // HongFuShiApple 是Apple的子类,达不到泛型下届,类型不匹配 // printSuper(hongFuShiAppleGenericClass); GenericClass orangeGenericClass = new GenericClass<>(); // Orange和Apple是兄弟关系,没有继承关系,类型不匹配 // printSuper(orangeGenericClass); //表示GenericClass的类型参数的下界是Apple GenericClass supperAppleGenericClass = new GenericClass<>(); supperAppleGenericClass.setData(new Apple()); supperAppleGenericClass.setData(new HongFuShiApple()); /* * ? 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。 */ // supperAppleGenericClass.setData(new Fruit()); //get方法只会返回一个Object类型的值。 Object data = supperAppleGenericClass.getData(); } /** * 指定了没有限定的通配符 */ public static void printNonLimit(GenericClass genericClass) { System.out.println(genericClass.getData()); } public static void useNonLimit() { GenericClass foodGenericClass = new GenericClass<>(); printNonLimit(foodGenericClass); GenericClass fruitGenericClass = new GenericClass<>(); printNonLimit(fruitGenericClass); GenericClass appleGenericClass = new GenericClass<>(); printNonLimit(appleGenericClass); GenericClass genericClass = new GenericClass<>(); //setData 方法不能被调用, 甚至不能用 Object 调用; // genericClass.setData(foodGenericClass); // genericClass.setData(new Object()); //返回值只能赋给 Object Object object = genericClass.getData(); } }

9,获取泛型的参数类型

Type是什么
这里的Type指java.lang.reflect.Type, 是Java中所有类型的公共高级接口, 代表了Java中的所有类型. Type体系中类型的包括:数组类型(GenericArrayType)、参数化类型(ParameterizedType)、类型变量(TypeVariable)、通配符类型(WildcardType)、原始类型(Class)、基本类型(Class), 以上这些类型都实现Type接口.

参数化类型,就是我们平常所用到的泛型List、Map;
数组类型,并不是我们工作中所使用的数组String[] 、byte[],而是带有泛型的数组,即T[] ;
通配符类型, 指的是, 等等
原始类型, 不仅仅包含我们平常所指的类,还包括枚举、数组、注解等;
基本类型, 也就是我们所说的java的基本类型,即int,float,double等

public interface ParameterizedType extends Type {
    // 返回确切的泛型参数, 如Map返回[String, Integer]
    Type[] getActualTypeArguments();
    
    //返回当前class或interface声明的类型, 如List返回List
    Type getRawType();
    
    //返回所属类型. 如,当前类型为O.I, 则返回O. 顶级类型将返回null 
    Type getOwnerType();
}
/**
 * Author:Jay On 2019/5/11 22:41
 * 

* Description: 获取泛型类型测试类 */ public class GenericType { private T data; public T getData() { return data; } public void setData(T data) { this.data = data; } public static void main(String[] args) { GenericType genericType = new GenericType() {}; Type superclass = genericType.getClass().getGenericSuperclass(); //getActualTypeArguments 返回确切的泛型参数, 如Map返回[String, Integer] Type type = ((ParameterizedType) superclass).getActualTypeArguments()[0]; System.out.println(type);//class java.lang.String } }

10,虚拟机是如何实现泛型的

Java泛型是Java1.5之后才引入的,为了向下兼容。Java采用了C++完全不同的实现思想。Java中的泛型更多的看起来像是编译期用的
Java中泛型在运行期是不可见的,会被擦除为它的上级类型。如果是没有限定的泛型参数类型,就会被替换为Object.

GenericClass stringGenericClass=new GenericClass<>();
GenericClass integerGenericClass=new GenericClass<>();

C++中GenericClass和GenericClass是两个不同的类型
Java进行了类型擦除之后统一改为GenericClass

/**
 * Author:Jay On 2019/5/11 16:11
 * 

* Description:泛型原理测试类 */ public class GenericTheory { public static void main(String[] args) { Map map = new HashMap<>(); map.put("Key", "Value"); System.out.println(map.get("Key")); GenericClass genericClass = new GenericClass<>(); genericClass.put("Key", "Value"); System.out.println(genericClass.get("Key")); } public static class GenericClass { private K key; private V value; public void put(K key, V value) { this.key = key; this.value = value; } public V get(V key) { return value; } } /** * 类型擦除后GenericClass2 * @param */ private class GenericClass2 { } /** * 类型擦除后GenericClass3 * 当使用到Serializable时会将相应代码强制转换为Serializable * @param */ private class GenericClass3 { } }

对应的字节码文件

 public static void main(String[] args) {
        Map map = new HashMap();
        map.put("Key", "Value");
        System.out.println((String)map.get("Key"));
        GenericTheory.GenericClass genericClass = new GenericTheory.GenericClass();
        genericClass.put("Key", "Value");
        System.out.println((String)genericClass.get("Key"));
    }

三,学以致用

1,泛型解析JSON数据封装

api返回的json数据

{
    "code":200,
    "msg":"成功",
    "data":{
        "name":"Jay",
        "email":"10086"
    }
}

BaseResponse .java

/**
 * Author:Jay On 2019/5/11 20:48
 * 

* Description: 接口数据接收基类 */ public class BaseResponse { private int code; private String msg; public int getCode() { return code; } public void setCode(int code) { this.code = code; } public String getMsg() { return msg; } public void setMsg(String msg) { this.msg = msg; } }

UserResponse.java

/**
 * Author:Jay On 2019/5/11 20:49
 * 

* Description: 用户信息接口实体类 */ public class UserResponse extends BaseResponse { private T data; public T getData() { return data; } public void setData(T data) { this.data = data; } }

2,泛型+反射实现巧复用工具类

/**
 * Author:Jay On 2019/5/11 21:05
 * 

* Description: 泛型相关的工具类 */ public class GenericUtils { public static class Movie { private String name; private Date time; public String getName() { return name; } public Date getTime() { return time; } public Movie(String name, Date time) { this.name = name; this.time = time; } @Override public String toString() { return "Movie{" + "name='" + name + '\'' + ", time=" + time + '}'; } } public static void main(String[] args) { List movieList = new ArrayList<>(); for (int i = 0; i < 5; i++) { movieList.add(new Movie("movie" + i, new Date())); } System.out.println("排序前:" + movieList.toString()); GenericUtils.sortAnyList(movieList, "name", true); System.out.println("按name正序排:" + movieList.toString()); GenericUtils.sortAnyList(movieList, "name", false); System.out.println("按name逆序排:" + movieList.toString()); } /** * 对任意集合的排序方法 * @param targetList 要排序的实体类List集合 * @param sortField 排序字段 * @param sortMode true正序,false逆序 */ public static void sortAnyList(List targetList, final String sortField, final boolean sortMode) { if (targetList == null || targetList.size() < 2 || sortField == null || sortField.length() == 0) { return; } Collections.sort(targetList, new Comparator() { @Override public int compare(Object obj1, Object obj2) { int retVal = 0; try { // 获取getXxx()方法名称 String methodStr = "get" + sortField.substring(0, 1).toUpperCase() + sortField.substring(1); Method method1 = ((T) obj1).getClass().getMethod(methodStr, null); Method method2 = ((T) obj2).getClass().getMethod(methodStr, null); if (sortMode) { retVal = method1.invoke(((T) obj1), null).toString().compareTo(method2.invoke(((T) obj2), null).toString()); } else { retVal = method2.invoke(((T) obj2), null).toString().compareTo(method1.invoke(((T) obj1), null).toString()); } } catch (Exception e) { System.out.println("List<" + ((T) obj1).getClass().getName() + ">排序异常!"); e.printStackTrace(); } return retVal; } }); } }

3,Gson库中的泛型的使用-TypeToken

/**
 * Author:Jay On 2019/5/11 22:11
 * 

* Description: Gson库中的泛型使用 */ public class GsonGeneric { public static class Person { private String name; private int age; public Person(String name, int age) { this.name = name; this.age = age; } @Override public String toString() { return "Person{" + "name='" + name + '\'' + ", age=" + age + '}'; } } public static void main(String[] args) { Gson gson = new Gson(); List personList = new ArrayList<>(); for (int i = 0; i < 5; i++) { personList.add(new Person("name" + i, 18 + i)); } // Serialization String json = gson.toJson(personList); System.out.println(json); // Deserialization Type personType = new TypeToken>() {}.getType(); List personList2 = gson.fromJson(json, personType); System.out.println(personList2); } }

测试代码

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