前言
前阵子给公司新人培训Java 基础相关的一些点，系统整理了一下泛型相关的知识点。特来分享一下。希望能让一些对泛型不熟悉的同学完全掌握Java 泛型的相关知识点。
开始之前，先给大家来一道测试题。
List strList = new ArrayList();
List integerList = new ArrayList();
System.out.println(strList.getClass() == integerList.getClass());
请问，上面代码最终结果输出的是什么？熟悉泛型的同学应该能够答出来，而对泛型有所了解，但是了解不深入的同学可能会答错。
content
- 泛型概述
- why 泛型
- 泛型的作用
- 泛型的定义和使用
- 泛型类
- 泛型方法
- 泛型接口
- 通配符 ？
- 无界通配符
- 上限通配符
- 下限通配符
- 类型擦除
带着问题
- Java中的泛型是什么 ? 使用泛型的好处是什么?
- 什么是泛型中的限定通配符和无界通配符 ?
- 你可以把
List传递给一个接受List参数的方法吗？ - Java的泛型是如何工作的 ? 什么是类型擦除 ?
一、泛型概述
最早的“泛型编程”的概念起源于C++的模板类(Template)，Java 借鉴了这种模板理念，只是两者的实现方式不同。C++ 会根据模板类生成不同的类，Java 使用的是类型擦除的方式。
1.1 why 泛型？
Java1.5 发行版本中增加了泛型（Generic）。
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。
-- 《Java 编程思想》
容器就是要存放要使用的对象的地方。数组也是如此，只是相比较的话，容器类更加的灵活，具有更多的功能。所有的程序，在运行的时候都要求你持有一大堆的对象，所以容器类算得上最需要具有重用性的类库之一了。
看下面这个例子，
public class AutoMobile {
}
/**
* 重用性不好的容器类
*/
public class Holder1 {
private AutoMobile a;
public Holder1(AutoMobile a) {
this.a = a;
}
//~~
}
/**
* 想要在java5 之前实现可重用性的容器类
* @author Richard_yyf
* @version 1.0 2019/8/29
*/
public class Holder2 {
private Object a;
public Holder2(Object a) {
this.a = a;
}
public Object getA() {
return a;
}
public void setA(Object a) {
this.a = a;
}
public static void main(String[] args) {
Holder2 h2 = new Holder2(new AutoMobile());
AutoMobile a = (AutoMobile) h2.getA();
h2.setA("Not an AutoMobile");
String s = (String) h2.getA();
h2.setA(1);
Integer x = (Integer) h2.getA();
}
}
/**
* 通过泛型来实现可重用性
* 泛型的主要目的是指定容器要持有什么类型的对象
* 而且由编译器来保证类型的正确性
*
* @author Richard_yyf
* @version 1.0 2019/8/29
*/
public class Holder3WithGeneric {
private T a;
public Holder3WithGeneric(T a) {
this.a = a;
}
public T getA() {
return a;
}
public void setA(T a) {
this.a = a;
}
public static void main(String[] args) {
Holder3WithGeneric h3 = new Holder3WithGeneric<>(new AutoMobile());
// No class cast needed
AutoMobile a = h3.getA();
}
}
通过上述对比，我们应该可以理解类型参数化具体是什么个意思。
在没有泛型之前，从集合中读取到的每一个对象都需要进行转换。如果有人不小心插入了类型错误的对象，在运行时的转换处理就会出错。这显然是不可忍受的。
泛型的出现，给Java带来了不一样的编程体验。
1.2 泛型的作用
- 参数化类型。与普通的 Object 代替一切类型这样简单粗暴而言，泛型使得数据的类别可以像参数一样由外部传递进来。它提供了一种扩展能力。它更符合面向抽象开发的软件编程宗旨。
- 类型检测。当具体的类型确定后，泛型又提供了一种类型检测的机制，只有相匹配的数据才能正常的赋值，否则编译器就不通过。所以说，它是一种类型安全检测机制，一定程度上提高了软件的安全性防止出现低级的失误。
- 提高代码可读性。不必要等到运行的时候才去强制转换，在定义或者实例化阶段，因为
Holder这个类型显化的效果，程序员能够一目了然猜测出这个容器类持有的数据类型。 - 代码重用。泛型合并了同类型对象的处理代码，使得代码重用度变高。
二、泛型的定义和使用
泛型按照使用情况可以分为 3 种。
- 泛型类
- 泛型方法
- 泛型接口
2.1 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,...> { ... } 注意事项：泛型类型必须是引用类型（非基本数据类型）
类型参数 规范（约定俗称）
尖括号 <>中的 字母 被称作是类型参数，用于指代任何类型。我们常看到
public class Test {
Hello field1;
}
但出于规范和可读性的目的，Java 还是建议我们用单个大写字母来代表类型参数。常见的如：
- T 代表一般的任何类。
- E 代表 Element 的意思，或者 Exception 异常的意思。
- K 代表 Key 的意思。
- V 代表 Value 的意思，通常与 K 一起配合使用。
- S 代表 Subtype 的意思
2.2 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) { ... } -
注意事项：
- 这里的
T被称为类型参数，而方法中的T被称为参数化类型，它不是运行时真正的参数。 - 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。
- 这里的
泛型类和泛型方法共存的现象
/**
* 泛型类与泛型方法的共存现象
* @author Richard_yyf
* @version 1.0 2019/8/29
*/
public class GenericDemo2 {
public void testMethod(T t){
System.out.println(t.getClass().getName());
}
public T testMethod1(T t){
return t;
}
public static void main(String[] args) {
GenericDemo2 t = new GenericDemo2<>();
t.testMethod("generic");
Integer integer = 1;
Integer i = t.testMethod1(integer);
}
}
泛型方法始终以自己定义的类型参数为准
当然，现实场景下千万不要去作死写出这么难以阅读的代码。
2.3 泛型接口
泛型接口和泛型类差不多。
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> { ... }
Demo
public interface GenericInterface {
void show(T t);
}
public class GenericInterfaceImpl implements GenericInterface{
@Override
public void show(String o) {
}
}
三、 通配符 ？
除了用 这种形式。？ 被称为通配符。
为什么要引进这个概念呢？先来看下下面的Demo.
public class GenericDemo2 {
class Base{}
class Sub extends Base{}
public void test() {
// 继承关系
Sub sub = new Sub();
Base base = sub;
List lsub = new ArrayList<>();
// 编译器是不会让下面这行代码通过的，
// 因为 Sub 是 Base 的子类，不代表 List和 List在现实编码中，确实有这样的需求，希望泛型能够处理某一范围内的数据类型，比如某个类和它的子类，对此 Java 引入了通配符这个概念。
所以，通配符的出现是为了指定泛型中的类型范围。
通配符有 3 种形式。
-
被称作无限定的通配符 -
被称作有上限的通配符 -
被称作有下限的通配符
3.1 无界通配符
无限定通配符经常与容器类配合使用，它其中的 ? 其实代表的是未知类型，所以涉及到 ? 时的操作，一定与具体类型无关。
// Collection.java
public interface Collection extends Iterable {
boolean add(E e);
}
public class GenericDemo3 {
/**
* 测试 无限定通配符
* @param collection c
*/
public void testUnBoundedGeneric(Collection collection) {
collection.add(123);
collection.add("123");
collection.add(new Object());
// 你只能调用 Collection 中与类型无关的方法
collection.iterator().next();
collection.size();
}
}
无需关注 Collection 中的真实类型，因为它是未知的。所以，你只能调用 Collection 中与类型无关的方法。
有同学可能会想，既然作用这么渺小，那么为什么还要引用它呢？ �
个人认为，提高了代码的可读性，程序员看到这段代码时，就能够迅速对此建立极简洁的印象，能够快速推断源码作者的意图。
（用的很少，但是要理解）
为了接下去的说明方便，先定义一下几个类。
class Food {}
class Fruit extends Food {}
class Apple extends Fruit {}
class Banana extends Fruit {}
// 容器类
class Plate {
private T item;
public Plate(T item) {
this.item = item;
}
public T getItem() {
return item;
}
public void setItem(T item) {
this.item = item;
}
}
3.2 上限 通配符
代表着类型未知，但是我们的确需要对于类型的描述再精确一点，我们希望在一个范围内确定类别，比如类型 T 及 类型 T 的子类都可以放入这个容器中。
什么是上界
在这个体系中，上限通配符 Plate<？ extends Fruit> 覆盖下图中蓝色的区域。
副作用
边界让Java不同泛型之间的转换更容易了。但不要忘记，这样的转换也有一定的副作用。那就是容器的部分功能可能失效。
public void testUpperBoundedBoundedGeneric() {
Plate p = new Plate<>(new Apple());
// 不能存入任何元素
p.setItem(new Fruit()); // error
p.setItem(new Apple()); // error
// 读出来的元素需要是 Fruit或者Fruit的基类
Fruit fruit = p.getItem();
Food food = p.getItem();
// Apple apple = p.getItem();
}
会使往盘子里放东西的set( )方法失效。但取东西get( )方法还有效。比如下面例子里两个set()方法，插入Apple和Fruit都报错。
原因是编译器只知道容器内是Fruit或者它的派生类，但具体是什么类型不知道。可能是Fruit？可能是Apple？也可能是Banana，RedApple，GreenApple？
如果你需要一个只读容器，用它来produce T，那么使用 。
3.3 下限通配符
相对应的，还有下限通配符
什么是下界
对应刚才那个例子，Plate<？ super Fruit>覆盖下图中红色的区域。
副作用
public void testLowerBoundedBoundedGeneric() {
// Plate p = new Plate<>(new Food());
Plate p = new Plate<>(new Fruit());
// 存入元素正常
p.setItem(new Fruit());
p.setItem(new Apple());
// 读取出来的东西，只能放在Object中
Apple apple = p.getItem(); // error
Object o = p.getItem();
}
因为下界规定了元素的最小粒度的下限，实际上是放松了容器元素的类型控制。既然元素是Fruit的基类，往里面存比Fruit粒度小的类都可以。但是往外读取的话就费劲了，只有所有类的基类Object可以装下。但这样一来元素类型信息就都丢失了。
3.4 PECS 原则
PECS - Producer Extends Consumer Super
- “Producer Extends” – 如果你需要一个只读容器，用它来produce T，那么使用 。
- “Consumer Super” – 如果你需要一个只写容器，用它来consume T，那么使用。
- 如果需要同时读取以及写入，那么我们就不能使用通配符了。
四、 类型擦除
泛型是 Java 1.5 版本才引进的概念，在这之前是没有泛型的概念的，但显然，泛型代码能够很好地和之前版本的代码很好地兼容。
这是因为，泛型信息只存在于代码编译阶段，在进入 JVM 之前，与泛型相关的信息会被擦除掉
专业术语叫做 类型擦除。
List strList = new ArrayList();
List integerList = new ArrayList();
System.out.println(strList.getClass() == integerList.getClass());
==== output =====
true
=================
打印的结果为 true 是因为 List和 List在 jvm 中的 Class 都是 List.class。
泛型信息被擦除了。
/**
* 类型擦除 相关类
*
* @author Richard_yyf
* @version 1.0 2019/8/29
*/
public class EraseHolder {
T data;
public EraseHolder(T data) {
this.data = data;
}
public static void main(String[] args) {
EraseHolder holder = new EraseHolder<>("hello");
Class clazz = holder.getClass();
System.out.println("erasure class is:" + clazz.getName());
Field[] fs = clazz.getDeclaredFields();
for ( Field f:fs) {
// 那我们可不可以说，泛型类被类型擦除后，相应的类型就被替换成 Object 类型呢？
System.out.println("Field name "+f.getName()+" type:"+f.getType().getName());
}
EraseHolder2 holder2 = new EraseHolder2<>("hello");
clazz = holder2.getClass();
fs = clazz.getDeclaredFields();
for ( Field f:fs) {
System.out.println("Field name "+f.getName()+" type:"+f.getType().getName());
}
}
static class EraseHolder2 {
T data;
public EraseHolder2(T data) {
this.data = data;
}
}
}
局限性
利用类型擦除的原理，用反射的手段就绕过了正常开发中编译器不允许的操作限制。
public class EraseReflectDemo {
public static void main(String[] args) {
List list = new ArrayList<>();
list.add(23);
// can't add here
// 因为泛型的限制 boolean add(E e);
list.add("123"); // error
// 利用反射可以绕过编译器去调用add方法
// 又因为类型擦除时 boolean add(E e); 等同于 boolean add(Object e);
try {
Method method = list.getClass().getDeclaredMethod("add", Object.class);
method.invoke(list, "test");
method.invoke(list, 42.9f);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
for (Object o : list) {
System.out.println(o);
}
}
}
==== output =====
23
test
42.9
=================