java 泛型全解 - 绝对最详细
背景
对于java的泛型我一直属于一知半解的，平常真心用的不多。直到阅读《Effect Java》,看到很多平常不了解的用法，才下定决心，需要系统的学习，并且记录下来。
1、泛型的概述：
1.1 泛型的由来
根据《Java编程思想》中的描述，泛型出现的动机：
有很多原因促成了泛型的出现，而最引人注意的一个原因，就是为了创建容器类。
复制代码泛型的思想很早就存在，如C++中的模板（Templates）。模板的精神：参数化类型
1.2 基本概述
- 泛型的本质就是"参数化类型"。一提到参数，最熟悉的就是定义方法的时候需要形参，调用方法的时候，需要传递实参。那"参数化类型"就是将原来具体的类型参数化
- 泛型的出现避免了强转的操作，在编译器完成类型转化，也就避免了运行的错误。
1.3 泛型的目的
- Java泛型也是一种语法糖，在编译阶段完成类型的转换的工作，避免在运行时强制类型转换而出现ClassCastException,类型转化异常。
1.4 实例
JDK 1.5时增加了泛型，在很大的程度上方便在集合上的使用。
- 不使用泛型：
public static void main(String[] args) {
List list = new ArrayList();
list.add(11);
list.add("ssss");
for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
System.out.println((String)list.get(i));
}
}
复制代码因为list类型是Object。所以int,String类型的数据都是可以放入的，也是都可以取出的。但是上述的代码，运行的时候就会抛出类型转化异常，这个相信大家都能明白。
- 使用泛型：
public static void main(String[] args) {
List list = new ArrayList();
list.add("hahah");
list.add("ssss");
for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
System.out.println((String)list.get(i));
}
}
复制代码 在上述的实例中，我们只能添加String类型的数据，否则编译器会报错。
2、泛型的使用
泛型的三种使用方式：泛型类，泛型方法，泛型接口
2.1 泛型类
- 泛型类概述：把泛型定义在类上
- 定义格式：
public class 类名 <泛型类型1,...> {
}
复制代码- 注意事项：泛型类型必须是引用类型（非基本数据类型）
2.2 泛型方法
- 泛型方法概述：把泛型定义在方法上
- 定义格式：
public <泛型类型> 返回类型 方法名（泛型类型 变量名） {
}
复制代码- 注意要点：
- 方法声明中定义的形参只能在该方法里使用，而接口、类声明中定义的类型形参则可以在整个接口、类中使用。当调用fun()方法时，根据传入的实际对象，编译器就会判断出类型形参T所代表的实际类型。
class Demo{
public T fun(T t){ // 可以接收任意类型的数据
return t ; // 直接把参数返回
}
};
public class GenericsDemo26{
public static void main(String args[]){
Demo d = new Demo() ; // 实例化Demo对象
String str = d.fun("汤姆") ; // 传递字符串
int i = d.fun(30) ; // 传递数字，自动装箱
System.out.println(str) ; // 输出内容
System.out.println(i) ; // 输出内容
}
};
复制代码 2.3 泛型接口
- 泛型接口概述：把泛型定义在接口
- 定义格式：
public interface 接口名<泛型类型> {
}
复制代码- 实例：
/**
* 泛型接口的定义格式: 修饰符 interface 接口名<数据类型> {}
*/
public interface Inter {
public abstract void show(T t) ;
}
/**
* 子类是泛型类
*/
public class InterImpl implements Inter {
@Override
public void show(E t) {
System.out.println(t);
}
}
Inter inter = new InterImpl() ;
inter.show("hello") ;
复制代码 2.4 源码中泛型的使用，下面是List接口和ArrayList类的代码片段。
//定义接口时指定了一个类型形参，该形参名为E
public interface List extends Collection {
//在该接口里，E可以作为类型使用
public E get(int index) {}
public void add(E e) {}
}
//定义类时指定了一个类型形参，该形参名为E
public class ArrayList extends AbstractList implements List {
//在该类里，E可以作为类型使用
public void set(E e) {
.......................
}
}
复制代码 2.5 泛型类派生子类
父类派生子类的时候不能在包含类型形参，需要传入具体的类型
- 错误的方式：
public class A extends Container
- 正确的方式：
public class A extends Container
- 也可以不指定具体的类型，系统就会把K,V形参当成Object类型处理
public class A extends Container {}
2.6 泛型构造器
- 构造器也是一种方法，所以也就产生了所谓的泛型构造器。
- 和使用普通方法一样没有区别，一种是显示指定泛型参数，另一种是隐式推断
public class Person {
public Person(T t) {
System.out.println(t);
}
}
复制代码 使用：
public static void main(String[] args) {
new Person(22);// 隐式
new Person("hello");//显示
}
复制代码 -
特殊说明：
- 如果构造器是泛型构造器，同时该类也是一个泛型类的情况下应该如何使用泛型构造器：因为泛型构造器可以显式指定自己的类型参数（需要用到菱形，放在构造器之前），而泛型类自己的类型实参也需要指定（菱形放在构造器之后），这就同时出现了两个菱形了，这就会有一些小问题，具体用法再这里总结一下。 以下面这个例子为代表
public class Person{ public Person(T t) { System.out.println(t); } } 复制代码 正确用法：
public static void main(String[] args) { Personperson = new Person("sss"); } 复制代码 PS：编译器会提醒你怎么做的
2.7 高级通配符
2.7.1背景：
2.7.2 上界通配符
-
上界通配符顾名思义，表示的是类型的上界【包含自身】，因此通配的参数化类型可能是T或T的子类。
- 正因为无法确定具体的类型是什么，add方法受限（可以添加null，因为null表示任何类型），但可以从列表中获取元素后赋值给父类型。如上图中的第一个例子，第三个add()操作会受限，原因在于List和List是List的子类型。
它表示集合中的所有元素都是Animal类型或者其子类 List 复制代码 -
这就是所谓的上限通配符，使用关键字extends来实现，实例化时，指定类型实参只能是extends后类型的子类或其本身。
- 例如：
- 这样就确定集合中元素的类型，虽然不确定具体的类型，但最起码知道其父类。然后进行其他操作。
//Cat是其子类 List list = new ArrayList(); 复制代码
2.7.3 下界通配符
-
下界通配符表示的是参数化类型是T的超类型（包含自身），层层至上，直至Object
- 编译器无从判断get()返回的对象的类型是什么，因此get()方法受限。但是可以进行add()方法，add()方法可以添加T类型和T类型的子类型，如第二个例子中首先添加了一个Cat类型对象，然后添加了两个Cat子类类型的对象，这种方法是可行的，但是如果添加一个Animal类型的对象，显然将继承的关系弄反了，是不可行的。
它表示集合中的所有元素都是Cat类型或者其父类 List 复制代码 -
这就是所谓的下限通配符，使用关键字super来实现，实例化时，指定类型实参只能是extends后类型的子类或其本身
- 例如
//Animal是其父类 List list = new ArrayList(); 复制代码
2.7.4 无界通配符
- 任意类型，如果没有明确，那么就是Object以及任意的Java类了
- 无界通配符用表示，?代表了任何的一种类型，能代表任何一种类型的只有null（Object本身也算是一种类型，但却不能代表任何一种类型，所以List和List的含义是不同的，前者类型是Object，也就是继承树的最上层，而后者的类型完全是未知的）
3、泛型擦除
3.1 概念
编译器编译带类型说明的集合时会去掉类型信息
3.2 验证实例：
public class GenericTest {
public static void main(String[] args) {
new GenericTest().testType();
}
public void testType(){
ArrayList collection1 = new ArrayList();
ArrayList collection2= new ArrayList();
System.out.println(collection1.getClass()==collection2.getClass());
//两者class类型一样,即字节码一致
System.out.println(collection2.getClass().getName());
//class均为java.util.ArrayList,并无实际类型参数信息
}
}
复制代码 - 输出结果：
true
java.util.ArrayList
复制代码- 分析：
- 这是因为不管为泛型的类型形参传入哪一种类型实参，对于Java来说，它们依然被当成同一类处理，在内存中也只占用一块内存空间。从Java泛型这一概念提出的目的来看，其只是作用于代码编译阶段，在编译过程中，对于正确检验泛型结果后，会将泛型的相关信息擦出，也就是说，成功编译过后的class文件中是不包含任何泛型信息的。泛型信息不会进入到运行时阶段。
- 在静态方法、静态初始化块或者静态变量的声明和初始化中不允许使用类型形参。由于系统中并不会真正生成泛型类，所以instanceof运算符后不能使用泛型类
4、泛型与反射
- 把泛型变量当成方法的参数，利用Method类的getGenericParameterTypes方法来获取泛型的实际类型参数
- 例子：
public class GenericTest {
public static void main(String[] args) throws Exception {
getParamType();
}
/*利用反射获取方法参数的实际参数类型*/
public static void getParamType() throws NoSuchMethodException{
Method method = GenericTest.class.getMethod("applyMap",Map.class);
//获取方法的泛型参数的类型
Type[] types = method.getGenericParameterTypes();
System.out.println(types[0]);
//参数化的类型
ParameterizedType pType = (ParameterizedType)types[0];
//原始类型
System.out.println(pType.getRawType());
//实际类型参数
System.out.println(pType.getActualTypeArguments()[0]);
System.out.println(pType.getActualTypeArguments()[1]);
}
/*供测试参数类型的方法*/
public static void applyMap(Map map){
}
}
复制代码 - 输出结果：
java.util.Map
interface java.util.Map
class java.lang.Integer
class java.lang.String
复制代码 - 通过反射绕开编译器对泛型的类型限制
public static void main(String[] args) throws Exception {
//定义一个包含int的链表
ArrayList al = new ArrayList();
al.add(1);
al.add(2);
//获取链表的add方法，注意这里是Object.class，如果写int.class会抛出NoSuchMethodException异常
Method m = al.getClass().getMethod("add", Object.class);
//调用反射中的add方法加入一个string类型的元素，因为add方法的实际参数是Object
m.invoke(al, "hello");
System.out.println(al.get(2));
}
复制代码 5 泛型的限制
5.1 模糊性错误
- 对于泛型类User
public class User {
public void show(K k) { // 报错信息：'show(K)' clashes with 'show(V)'; both methods have same erasure
}
public void show(V t) {
}
}
复制代码 由于泛型擦除，二者本质上都是Obejct类型。方法是一样的，所以编译器会报错。
换一个方式：
public class User {
public void show(String k) {
}
public void show(V t) {
}
}
复制代码 使用结果：
可以正常的使用
5.2 不能实例化类型参数
编译器也不知道该创建那种类型的对象
public class User {
private K key = new K(); // 报错：Type parameter 'K' cannot be instantiated directly
}
复制代码 5.3 对静态成员的限制
静态方法无法访问类上定义的泛型；如果静态方法操作的类型不确定，必须要将泛型定义在方法上。
如果静态方法要使用泛型的话，必须将静态方法定义成泛型方法。
public class User {
//错误
private static T t;
//错误
public static T getT() {
return t;
}
//正确
public static void test(K k) {
}
}
复制代码 5.4 对泛型数组的限制
- 不能实例化元素类型为类型参数的数组，但是可以将数组指向类型兼容的数组的引用
public class User {
private T[] values;
public User(T[] values) {
//错误，不能实例化元素类型为类型参数的数组
this.values = new T[5];
//正确，可以将values 指向类型兼容的数组的引用
this.values = values;
}
}
复制代码 5.5 对泛型异常的限制
泛型类不能扩展 Throwable，意味着不能创建泛型异常类
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