Java语言高级特性-泛型
Java中的泛型
为什么我们需要泛型？
通过两段实现说明我们为什么需要泛型。
通过一段实现加法的代码进行说明
public int addInt(int x,int y){
return x+y;
}
public float addFloat(float x,float y){
return x+y;
}实际开发中，经常有数值类型求和的需求，例如实现Int类型的加法，有时还需要实现long类型的求和，如果还需要double类型的求和，需要重新再重载一个输入是double类型参数的add方法。
通过一段遍历集合的代码进行说明
public static void main(String[] args) {
List list = new ArrayList();
list.add("123");
list.add("456");
list.add(789);
for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
String string = (String) list.get(i);
System.out.println("name"+string);
}
}name123
name456
Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: java.lang.Integer cannot be cast to java.lang.String
at Main.main(Main.java:12)
Process finished with exit code 1定义了一个 List 类型的集合，先向其中加入了两个字符串类型的值，随后加入一个 Integer 类型的值这是完全不允许的，因为此时 list 默认的类型为 Object 类型。在之后的循环中，由于忘记了之前在 list 中也加入了 Integer 类型的值或其他编码原因，很容易出现类似于上方日志中的错误。因为编译阶段正常，而运行时 会出现“java.lang.ClassCastException”异常。因此，导致此类错误编码过程中不易发现。在如上的编码过程中，我们发现主要存在两个问题：
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，该对象的编译类型变成了 Object 类型，但其运行时类型依然为其本身类型。
因此，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。
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
泛型类和泛型接口
概念：泛型，即“参数化类型”。一提到参数，最熟悉的就是定义方法时有“行参”，然后调用此方法时传递“实参”。那么参数化类型怎么理解呢？顾名思义，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（可以称之为类型行参），然后在使用/调用时传入具体的类型（类型实参）。
泛型的本质是为了参数化类型（在不创建新的类型的情况下，通过泛型指定的不同类型来控制行参具体限制的类型）。也就是说在泛型使用过程中，操作的数据类型被指定为一个参数，这种参数类型可以用在类、接口、和方法中，分别被称之为泛型类，泛型接口，泛型方法。
泛型类：
引入一个类型变量T(其他大写字母都可以，不过常用的就是：T、E、K、V等)，并且用<>括起来，并放在类名的后面。泛型类是允许有多个类型变量的。
class NormalGeneric{
private T data;
public NormalGeneric() {
}
public NormalGeneric(T data) {
this();
this.data = data;
}
}
class NormalGeneric2{
private T data;
private K result;
public NormalGeneric2() {
}
public NormalGeneric2(T data ,K result) {
this();
this.data = data;
this.result = result;
}
} 泛型接口：
泛型接口与泛型类的定义基本相同。引入一个类型变量T(其他大写字母都可以，不过常用的就是：T、E、K、V等)，并且用<>括起来，并放在接口名的后面。泛型接口也是允许有多个类型变量。
interface Generator{
public T next();
}
interface Generator2{
public T next();
public K result();
} 而实现泛型接口的类，有两种过实现方法：
未传入泛型实参时的实现方式：在 new 出类的实例时，需要指定具体类型：
class ImplGenerator implements Generator{
@Override
public T next() {
return null;
}
}
ImplGenerator implGenerator = new ImplGenerator();
class ImplGenerator2 implements Generator2{
@Override
public T next() {
return null;
}
@Override
public K result() {
return null;
}
}
ImplGenerator2 stringIntegerImplGenerator2 = new ImplGenerator2<>(); 传入泛型实参的实现方式：在new出类的实例时和普通的类没有区别。
class ImplGenerator3 implements Generator{
@Override
public String next() {
return null;
}
}
ImplGenerator3 implGenerator3 = new ImplGenerator3(); 泛型方法
概念：泛型方法，是在调用方法的时候指明泛型的具体类型，泛型方法可以在任何地方和任何场景中使用，包括普通类和泛型类，注意泛型类中定义的普通方法和泛型方法的区别。
泛型类中的普通方法：
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，只不过它的返回值是在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
class NormalGeneric3{
private T data;
public T next() {
return null;
}
} 泛型方法：
这才是一个真正的泛型方法，首先在public与返回值之间的
public T showName(Generator generator){
T next = generator.next();
return next;
}
public K showK(Generator2 implGenerator2){
T next = implGenerator2.next();
K result = implGenerator2.result();
return result;
}
interface Generator{
public T next();
}
interface Generator2{
public T next();
public K result();
} 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大，最小值。
public static T max(T a,T b){
if(a.compareTo(b) > 0) return a;else return b;
} 请问如何确定传入的两个变量一定有comapareTo方法呢？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 extends Comparable 中
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 static T max(T a,T b){
if(a.compareTo(b) > 0) return a;else return b;
} 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。
泛型中的约束和局限性
现在我们有泛型类
class NormalGeneric{
private T data;
public NormalGeneric() {
}
public NormalGeneric(T data) {
this();
this.data = data;
}
} 不能使用基本数据类型实例化类型参数
不可这样用：NormalGeneric
可以这样用：NormalGeneric
运行时类型查询只适用于原始类型
NormalGeneric doubleNormalGeneric2 = new NormalGeneric<>();
NormalGeneric stringNormalGeneric = new NormalGeneric<>();
if(doubleNormalGeneric2 instanceof NormalGeneric){}// 报错，不允许这样使用
if(doubleNormalGeneric2 instanceof NormalGeneric){}// 报错，不允许这样使用
System.out.println(doubleNormalGeneric2.getClass() == stringNormalGeneric.getClass());//true
System.out.println(doubleNormalGeneric2.getClass().getName());//NormalGeneric 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。
class NormalGeneric{
private static T instance;//不能这么使用，静态域或者方法里不能引用类型变量
private static T getInstance(){}//可以这么用，静态方法 本身是泛型方法就行
private T data;
public NormalGeneric() {
}
public NormalGeneric(T data) {
this();
this.data = data;
}
} 不能创建参数化类型的数组
NormalGeneric[] doubleNormalGeneric = new NormalGeneric[10];//不允许参数化类型的数组
public static NormalGeneric[] doubleNormalGeneric2;//可以 不能实例化类型变量
public NormalGeneric() {
this.data = new T();//不能实例化类型变量
}不能捕获泛型类的实例
//泛型类不能 extends Exception/Throwable
class Problem extends Exception{
//不能捕获泛型类对象
public void doWork(T t){
try {
}catch (T e){
//Do Sth
}
}
} 但是可以这么做：
public void doWork(T t) throws T{
try{
}catch (Throwable e){
throw t;
}
} 泛型类型的继承规则
现在我们有一个类和子类
class Employee{}
class Worker extends Employee{ }
class Pair{} 请问Pair
答案：不是，他们之间没有什么关系
Employee worker = new Worker();//这样可以
Pair workerPair = new Pair();//这样会报错 但是泛型类可以继承或者扩展其他泛型类，比如List和ArrayList
class ExtendPair extends Pair{
}
Pair extendPair = new ExtendPair<>();//这样是允许的 通配符类型
正是因为前面所述的，Pair
class GenericType{
private T data;
private void print(GenericType p){
System.out.println("name"+p.data);
}
}
//现在我们有继承关系的类
class Fruit{
}
class Orange extends Fruit{
}
class Apple extends Fruit{
}
class PingGuo extends Apple{
} 则会产生这种情况：
public static void use(){
GenericType fruitGenericType = new GenericType<>();
fruitGenericType.print(fruitGenericType);
GenericType orangeGenericType = new GenericType<>();
orangeGenericType.print(orangeGenericType);//这样不允许，会报错
} 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）
class GenericType{
private T data;
public T getData() {
return data;
}
public void setData(T data) {
this.data = data;
}
public void print(GenericType p){
System.out.println("name"+p.getData());
}
public void print2(GenericType p){
System.out.println("name"+p.getData());
}
}
public static void use2(){
GenericType fruitGenericType = new GenericType<>();
fruitGenericType.print2(fruitGenericType);
GenericType orangeGenericType = new GenericType<>();
orangeGenericType.print2(orangeGenericType);//这样就可以 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 void printSuper(GenericType p){
System.out.println("name"+p.getData());
}
public static void useSuper(){
GenericType fruitGenericType = new GenericType<>();
fruitGenericType.printSuper(fruitGenericType);//好使
GenericType appleGenericType = new GenericType<>();
appleGenericType.printSuper(appleGenericType);//好使
GenericType orangeGenericType = new GenericType<>();
orangeGenericType.printSuper(orangeGenericType);//这样不允许，会报错
} 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 方法可以被调用的，且能传入的参数只能是 X 或者 X 的子类
public static void useX(){
GenericType x = new GenericType<>();
x.setData(new Fruit());
x.setData(new Apple());
x.setData(new Orange());
Fruit data = x.getData();
} 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。
无限定的通配符？
表示对类型没有什么限制，可以把？看成所有类型的父类，如 Pair< ?>；
比如：
ArrayList
ArrayList al=new ArrayList();集合元素可以是任意类型，这种没有意义，
一般是方法中，只是为了说明用法。 在使用上：
？ getFirst() ： 返回值只能赋给 Object，；
void setFirst(?) ： setFirst 方法不能被调用， 甚至不能用 Object 调用
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 integerList){
System.out.println("List");
return 0;
} 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。