Java泛型的那些事

1.泛型概述

1.1.为什么使用泛型

没有泛型，在编写代码时只能使用具体类型或Object类型，无法做到使用者想要使用什么类型就是类型。比如：创建一个方法，形参需要指定需要使用的数据类型，在创建方法之初就已经决定了该方法可以处理的数据类型，这大大限制了编程的灵活性。正因如此，才出现了在使用时才决定具体类型是什么的泛型编程。

1.2.泛型是什么

泛：广泛、普遍，非具体的东西，泛型就是定义之初用符号表示不具体的类型，在使用的时候才动态地指定具体的类型。更应该明白这种泛型编程设计思想，使用泛型带来的好处是代码更加简洁、更加灵活、使程序更加健壮（编译期没警告，运行期不会出现类强转异常--ClassCastException）。

2.泛型接口、类、方法

泛型允许在定义接口、类、方法时使用，将在声明变量、创建对象、调用方法时动态地指定。

2.1.泛型接口

定义泛型接口：比如集合中的List接口

// 定义接口时指定泛型：E，E类型在接口中就可以作为类型使用
public interface List<E> extends Collection<E>{
    ……
    boolean add(E e);
    Iterator<E> iterator();
    ……
}
// 定义接口时指定泛型：K 和 V，K和V类型在接口中就可以作为类型使用
public interface Map<K,V>{
    ……
    Set<K> keySet();
    Collection<V> values();
    Set<Map.Entry<K, V>> entrySet();
    ……
}

使用泛型接口：List接口的泛型类型E，在使用时指定为具体类型String

public static void main(String[] args) {
    List<String> list = new ArrayList<>();// 指定泛型类型E=String
    list.add("我只认识字符串");//boolean add(E e); 等价于boolean add(String e);
    Iterator<String> iterator = list.iterator();//Iterator<E> iterator();

    while (iterator.hasNext()){
        String next = iterator.next();//不需要强转为String
        System.out.println(next);
    }
}

关于泛型接口Map<K,V> 集合怎么用，就自行编写感受下。

2.2.泛型类

普通泛型类

定义泛型类

public class DemoFx<D> {
    private D dd;
    public D getDd(){
        return this.dd;
    }
    public void setDd(D dd){
        this.dd = dd;
    }
}

使用泛型类

public static void main(String[] args) {
    DemoFx<String> stringDemoFx = new DemoFx<>();
    stringDemoFx.setDd("我是字符串类型");
    System.out.println(stringDemoFx.getDd());
}

泛型类的继承与实现

定义泛型类：以ArrayList 类为例，继承泛型抽象类和实现泛型接口：

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
    implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable{
    ……
    public E get(int index) {
        rangeCheck(index);
        return elementData(index);
    }
    ……
}

使用泛型类

public static void main(String[] args) {
    List<String> list = new ArrayList<String>();// 指定泛型类型E=String
    list.add("我只认识字符串");
    String s = list.get(0);// 返回值为String
}

2.3.泛型方法

定义泛型方法：还是ArrayList案例

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
    implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable{
    ……
    public <T> T[] toArray(T[] a) {
        if (a.length < size)
            // Make a new array of as runtime type, but my contents:
            return (T[]) Arrays.copyOf(elementData, size, a.getClass());
        System.arraycopy(elementData, 0, a, 0, size);
        if (a.length > size)
            a[size] = null;
        return a;
    }
    ……
}

使用泛型方法：public <T> T[] toArray(T[] a)

public static void main(String[] args) {
    List<String> list = new ArrayList<String>();
    list.add("s1");
    list.add("s2");
    list.add("sn");
    // public <T> T[] toArray(T[] a)
    String[] strings = list.toArray(new String[list.size()]);
    System.out.println(Arrays.asList(strings));
}

3.类型通配符

3.1.使用类型通配符

通配符表示符号是问号<?>，它是未知类型，可以匹配任何类型，也称为无界通配符。

对比”通配符“和”泛型“创建的方法

// 通配符定义
public void foreach(List<?> list){
    for (int i =0 ;i<list.size();i++) {
        Object o = list.get(i);
        System.out.println(o.toString());
    }
}
// 泛型定义
public <T> void foreach2(List<T> list){
    for(T t : list){
        System.out.println(t.toString());
    }
}
// 使用
public static void main(String[] args) {
    List<String> list = new ArrayList<String>();
    list.add("s1");
    list.add("s2");
    list.add("sn");
    Demo demo = new Demo();
    demo.foreach(list); // 通配符
    demo.foreach2(list); // 泛型
}

通配符和泛型都可以实现相同的效果，并且泛型方法还可以使用本身定义的泛型类型，而通配符的”?“不可以当作数据类型来使用，所以通配符方法案例中只能用Object来接收list的元素，这也是通配符的缺点：无法确定未知类型是什么类型。

所以通配符的出现到底有什么用呢？

通配符为泛型的一种特例，无需定义既可在形参中使用的未知类型。

泛型和通配符的区别

• Java编译器把泛型【T】推断成T类型，在代码块中允许出现 T类型变量；而把通配符【?】推断成未知类型，不存在 ?类型变量；
• Class<T>需要依赖于T，需要在方法声明时指定<T>，而Class<?>则不需要；

这样可能更好理解泛型和通配符：泛型 强调的是类型，通配符 强调的是符号。

Class<?> 表示任意类型，但又不等同于Class<Object>，前者在类型不匹配的情况下只能够插入null，但是后者可以插入Object或任何Object对象的子类。

例如：不能往List<?> list里添加任意类型的对象，除了null

3.2.类型上限

通配符上限：<? extends Demo> ，通配符【?】的上限是Demo类型，既是<? extends Demo> 的范围是Demo或其子类类型。

泛型上限：<T extends Demo> ，和通配符理解一样。类型上限如图

案例：

创建三个类DemoFather、Demo、DemoChildren，关系如上图

public class DemoTest {

    public static void main(String[] args) {
        List<DemoChildren> demoChildrens = new ArrayList<>();
        demoChildrens.add(new DemoChildren());
        demoChildrens.add(new DemoChildren());

        DemoTest test = new DemoTest();
        test.testDemo(demoChildrens); // 通配符
        test.testDemo2(demoChildrens);// 泛型

    }

    // 通配符上限：控制list 集合允许的类型范围为Demo或其子类
    public void testDemo(List<? extends Demo> list){
        // 若无上限，这里只能用Object类型代替Demo类型
        for (Demo demo : list){
            System.out.println(demo.toString());
        }
    }

    // 泛型上限：控制list 集合允许的类型范围为Demo或其子类
    public <T extends Demo> void testDemo2(List<T> list){
        for (T t : list){
            System.out.println(t.toString());
        }
        // or
        for(Demo demo:list){
            System.out.println(demo.toString());
        }
    }

}

泛型的上限是在定义时确定上限<T extends Demo>；通配符直接在形参上确定上限<? extends Demo>。其实都很好理解，类型上限就是在一般写法的基础上加入范围“上限”，既是 extends xxx。

源码的一些例子

// 接口泛型上限
public interface ObservableArray<T extends ObservableArray<T>> extends Observable {……}
// 抽象类泛型上限
public abstract class ArrayListenerHelper<T extends ObservableArray<T>> extends ExpressionHelperBase {……}
public abstract class CellBehaviorBase<T extends Cell> extends BehaviorBase<T> {……}
// 方法泛型上限
public static <T extends Number> ReadOnlyLongProperty readOnlyLongProperty(final ReadOnlyProperty<T> property) {……}
// 通配符上限
void putAll(Map<? extends K, ? extends V> m);

3.3.类型下限

通配符下限：<? super Demo> ，通配符【?】的下限是Demo类型，既是<? super Demo> 的范围是Demo的父类类型。

泛型下限：无。主要是因为类型下限会令人困惑并且不是特别有用。为什么类型参数没有下限的一些解释：http://www.angelikalanger.com/GenericsFAQ/FAQSections/TypeParameters.html#FAQ107

public static void main(String[] args) {
    Demo demo = new Demo();
    List<Demo> demos = new ArrayList<>();
    demos.add(demo);
    DemoTest test = new DemoTest();
    test.testSuper(demos);

    DemoFather demoFather = new DemoFather();
    List<DemoFather> demoFathers = new ArrayList<>();
    demoFathers.add(demoFather);
    DemoTest test2 = new DemoTest();
    test2.testSuper(demoFathers);
}

public void testSuper(List<? super Demo> list){
    // 虽然有下限，但无法直接使用Demo类型接收参数
    for (Object obj : list){
        System.out.println(obj.toString());
    }
}

虽然有下限，但无法直接使用Demo类型接收参数。这就像“向上转型”和“向下转型”，向上转型是自动的，向下转型需要强转；类型上限可以使用最大类型（父类）接收比它小的类型（子类），类型下限不可以使用最小类型（子类）接受可能比它大的类型（父类）。

源码的一些例子

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
        implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
{
    ……
    public void sort(Comparator<? super E> c) {
        final int expectedModCount = modCount;
        Arrays.sort((E[]) elementData, 0, size, c);
        if (modCount != expectedModCount) {
            throw new ConcurrentModificationException();
        }
        modCount++;
    }
}

public class Arrays {
    public static <T> void sort(T[] a, int fromIndex, int toIndex,
                                Comparator<? super T> c) {
        if (c == null) {
            sort(a, fromIndex, toIndex);
        } else {
            rangeCheck(a.length, fromIndex, toIndex);
            if (LegacyMergeSort.userRequested)
                legacyMergeSort(a, fromIndex, toIndex, c);
            else
                TimSort.sort(a, fromIndex, toIndex, c, null, 0, 0);
        }
    }
}

关于泛型字母E、K、V、T是什么？

• E表示Element，
• K表示Key，
• V表示Value，
• T表示Type，
• N表示Number，
• ? 表示 未知类型

除了【?】，其他泛型符号你写成字符串都可以，但要注意可读性，一般都是使用单个大写字母表示，不然代码反而不简洁、不易阅读。

4.泛型实现原理--类型擦除

把一个具有泛型信息的对象 赋给 另一个没有泛型信息的变量引用，类型信息都将被擦除。

案例一：不指定泛型上限，类型擦除后为Object

public static void main(String[] args) {
    // 定义集合泛型E = String
    List<String> stringArrayList = new ArrayList<>();
    stringArrayList.add("test1");
    // 获取到的类型为：String
    String s = stringArrayList.get(0);
    // 把带有泛型信息的stringArrayList 对象赋给不确定泛型的List
    List listObject = stringArrayList;
    // listObject 只知道get的类型为Object，而不是String
    Object obj = listObject.get(0);
}

案例二：指定泛型上限，类型擦除后为上限的类型

public class DemoFather {}
public class Demo extends DemoFather{}
public class DemoChildren<T extends DemoFather> {
    private T t;
    public T getT(){
        return this.t;
    }
    public void setT(T t){
        this.t= t;
    }
}
// 测试public class DemoTest {
 public static void main(String[] args) {
        //class DemoChildren<T extends DemoFather>,指定泛型T=Demo类型
        DemoChildren<Demo> demoChildren = new DemoChildren<Demo>();
        // 拿到的方法类型确实是T=Demo类型
        Demo demo = demoChildren.getT();
        // 把带有泛型信息的 demoChildren 对象赋给不确定泛型的demoChildren2
        DemoChildren demoChildren2 =demoChildren;
        // 再来获取方法的类型时，变为了上限的DemoFather类型
        DemoFather demoFather = demoChildren2.getT();
    }
}

结论：

“

指定泛型上限时，类型擦除后为上限的类型；反之是Object类型，因为Java中所有类都默认继承了Object类。

”

所以案例二的泛型类在编译阶段是长这样的

public class DemoChildren {
    private DemoFather t;
    public DemoFather getT(){
        return this.t;
    }
    public void setT(DemoFather t){
        this.t= t;
    }
}
// 原来的泛型类，对比一下
public class DemoChildren<T extends DemoFather> {
    private T t;
    public T getT(){
        return this.t;
    }
    public void setT(T t){
        this.t= t;
    }
}

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