Java的“泛型”特性，你以為自己會了？

作者：坨坨 2021-02-08 11:20:27

使用Java的小伙伴，對于Java的一些高級特性一定再熟悉不過了，例如集合、反射、泛型、注解等等，這些可以說我們在平時開發(fā)中是經(jīng)常使用到的，尤其是集合，基本是只要寫代碼沒有用不到的，今天我們先來談?wù)劮盒汀?/div>

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使用Java的小伙伴，對于Java的一些高級特性一定再熟悉不過了，例如集合、反射、泛型、注解等等，這些可以說我們在平時開發(fā)中是經(jīng)常使用到的，尤其是集合，基本是只要寫代碼沒有用不到的，今天我們先來談?wù)劮盒汀?/p>

1. 定義

在了解一個事物之前，我們必定要先知道他的定義，所以我們就從定義開始，去一步一步揭開泛型的神秘面紗。

# 泛型(generics)

他是 JDK5 中引入的一個新特性，泛型提供了編譯時類型安全監(jiān)測機制，該機制允許我們在編譯時檢測到非法的類型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。泛型的本質(zhì)就是參數(shù)化類型，也就是所操作的數(shù)據(jù)類型被指定為一個參數(shù)# 常見的泛型的類型表示上面的 T 僅僅類似一個形參的作用，名字實際上是可以任意起的，但是我們寫代碼總該是要講究可讀性的。常見的參數(shù)通常有 :E - Element (在集合中使用，因為集合中存放的是元素)T - Type(表示Java 類，包括基本的類和我們自定義的類)K - Key(表示鍵，比如Map中的key)V - Value(表示值)? - (表示不確定的java類型)但是泛型的參數(shù)只能是類類型，不能是基本的數(shù)據(jù)類型，他的類型一定是自O(shè)bject的

注意：泛型不接受基本數(shù)據(jù)類型，換句話說，只有引用類型才能作為泛型方法的實際參數(shù)

2. 為什么要使用泛型?

說到為什么要使用，那肯定是找一大堆能說服自己的優(yōu)點啊。

# 泛型的引入，是java語言的來講是一個較大的功能增強。同時對于編譯器也帶來了一定的增強，為了支持泛型，java的類庫都做相應(yīng)的修改以支持泛型的特性。(科普：實際上java泛型并不是 jdk5(2004發(fā)布了jdk5) 才提出來的，早在1999年的時候，泛型機制就是java最早的規(guī)范之一)

另外，泛型還具有以下的優(yōu)點：

# 1.提交了java的類型安全

泛型在很大程度上來提高了java的程序安全。例如在沒有泛型的情況下，很容易將字符串 123 轉(zhuǎn)成 Integer 類型的 123 亦或者 Integer 轉(zhuǎn)成 String，而這樣的錯誤是在編譯期無法檢測。而使用泛型，則能很好的避免這樣的情況發(fā)生。

# 2.不需要煩人的強制類型轉(zhuǎn)換

泛型之所以能夠消除強制類型轉(zhuǎn)換，那是因為程序員在開發(fā)的時候就已經(jīng)明確了自己使用的具體類型，這不但提高了代碼的可讀性，同樣增加了代碼的健壯性。

# 提高了代碼的重用性

泛型的程序設(shè)計，意味著編寫的代碼可以被很多不同類型的對象所重用

在泛型規(guī)范正式發(fā)布之前，泛型的程序設(shè)計是通過繼承來實現(xiàn)的，但是這樣子有兩個嚴(yán)重的問題：

① 取值的時候需要強制類型轉(zhuǎn)換，否則拿到的都是 Object

② 編譯期不會有錯誤檢查

我們來看下這兩個錯誤的產(chǎn)生

2.1 編譯期不會有錯誤檢查

public class DonCheckInCompile { 
   public static void main(String[] args) { 
       List list = new ArrayList(); 
       list.add("a"); 
       list.add(3); 
       System.out.println(list); 
  } 
}

程序不但不會報錯，還能正常輸出

2.2 強制類型轉(zhuǎn)換

public class DonCheckInCompile { 
   public static void main(String[] args) { 
       List list = new ArrayList(); 
       list.add("a"); 
       list.add(3); 
       for (Object o : list) { 
           System.out.println((String)o); 
      } 
  } 
}

因為你并不知道實際集合中的元素到底是哪些類型的，所以在使用的時候也是不確定的，如果在強轉(zhuǎn)的時候，那必然會帶來意想不到的錯誤，這樣潛在的問題就好像是定時炸彈，肯定是不允許發(fā)生的。所以這就更體現(xiàn)了泛型的重要性。

3. 泛型方法

在 java 中，泛型方法可以使用在成員方法、構(gòu)造方法和靜態(tài)方法中。語法如下：

public <申明泛型的類型> 類型參數(shù) fun();如 public T fun(T t);這里的 T 表示一個泛型類型，而表示我們定義了一個類型為 T 的類型，這樣的 T 類型就可以直接使用了，且需要放在方法的返回值類型之前。T 即在申明的時候是不知道具體的類型的，只有的使用的時候才能明確其類型，T 不是一個類，但是可以當(dāng)作是一種類型來使用。

下面來通過具體的例子來解釋說明，以下代碼將數(shù)組中的指定的兩個下標(biāo)位置的元素進(jìn)行交換(不要去關(guān)注實際的需求是什么)，第一種 Integer 類型的數(shù)組

public class WildcardCharacter { 
   public static void main(String[] args) { 
       Integer[] arrInt = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9}; 
       change(arrInt, 0, 8); 
       System.out.println("arr = " + Arrays.asList(arrInt)); 
  } 
 
   /** 
    * 將數(shù)組中的指定兩個下標(biāo)位置的元素交換 
    * 
    * @param arr         數(shù)組 
    * @param firstIndex 第一個下標(biāo) 
    * @param secondIndex 第二個下標(biāo) 
    */ 
   private static void change(Integer[] arr, int firstIndex, int secondIndex) { 
       int tmp = arr[firstIndex]; 
       arr[firstIndex] = arr[secondIndex]; 
       arr[secondIndex] = tmp; 
  } 
}

第二種是 String 類型的數(shù)組

編譯直接都不會通過，那是必然的，因為方法定義的參數(shù)就是 Integer[] 結(jié)果你傳一個String[]，玩呢。。。所以這個時候只能是再定義一個參數(shù)類型是 String[]的。

那要是再來一個 Double 呢?Boolean 呢?是不是這就產(chǎn)生問題了，雖然說這種問題不是致命的，多寫一些重復(fù)的代碼就能解決，但這勢必導(dǎo)致代碼的冗余和維護(hù)成本的增加。所以這個時候泛型的作用就體現(xiàn)了，我們將其改成泛型的方式。

/** 
   * @param t           參數(shù)類型 T 
   * @param firstIndex 第一個下標(biāo) 
   * @param secondIndex 第二個下標(biāo) 
   * @param <T>         表示定義了一個類型 為 T 的類型，否則沒人知道 T 是什么，編譯期也不知道 
   */ 
  private static <T> void changeT(T[] t, int firstIndex, int secondIndex) { 
      T tmp = t[firstIndex]; 
      t[firstIndex] = t[secondIndex]; 
      t[secondIndex] = tmp; 
 }

接下來調(diào)用就簡單了

public static void main(String[] args) { 
    //首先定義一個Integer類型的數(shù)組 
       Integer[] arrInt = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9}; 
    //將第 1 個和第 9 個位置的元素進(jìn)行交換 
       changeT(arrInt, 0, 8); 
       System.out.println("arrInt = " + Arrays.asList(arrInt)); 
       // 然后在定義一個String類型的數(shù)組 
       String[] arrStr = {"a", "b", "c", "d", "e", "f", "g"}; 
  //將第 1 個和第 2 個位置的元素進(jìn)行交換 
       changeT(arrStr, 0, 1); 
        System.out.println("arrStr = " + Arrays.asList(arrStr)); 
  }

問題迎刃而解，至于普通的泛型方法和靜態(tài)的泛型方法是一樣的使用，只不過是一個數(shù)據(jù)類一個屬于類的實例的，在使用上區(qū)別不大(但是需要注意的是如果在泛型類中靜態(tài)泛型方法是不能使用類泛型中的泛型類型的，這個在下文的泛型類中會詳細(xì)介紹的)。

最后在來看下構(gòu)造方法

public class Father { 
    public <T> Father(T t) { 
    } 
}

然后假設(shè)他有一個子類是這樣子的

class Son extends Father { 
 
    public <T> Son(T t) { 
        super(t); 
    } 
}

這里強調(diào)一下，因為在 Father 類中是沒有無參構(gòu)造器的，取而代之的是一個有參的構(gòu)造器，只不過這個構(gòu)造方法是一個泛型的方法，那這樣子的子類必然需要顯示的指明構(gòu)造器了。

通過泛型方法獲取集合中的元素測試

既然說泛型是在申明的時候類型不是重點，只要事情用的時候確定就可以下，那你看下面這個怎么解釋?

此時想往集合中添加元素，卻提示這樣的錯誤，連編譯都過不了。這是為什么?

因為此時集合 List 的 add 方法，添加的類型為 T，但是很顯然 T 是一個泛型，真正的類型是在使用時候才能確定的，但是在 add 的并不能確定 T 的類型，所以根本就無法使用 add 方法，除非 list.add(null)，但是這卻沒有任何意義。

4. 泛型類

先來看一段這樣的代碼，里面的使用到了多個泛型的方法，無需關(guān)注方法到底做了什么

public class GenericClassTest{ 
    public static void main(String[] args) { 
        //首先定義一個Integer類型的數(shù)組 
        Integer[] arrInt = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9}; 
        //將第 1 個和第 9 個位置的元素進(jìn)行交換 
 
       new GenericClassTest().changeT(arrInt, 0, 8); 
        System.out.println("arrInt = " + Arrays.asList(arrInt)); 
 
        List<String> list = Arrays.asList("a", "b"); 
        testIter(list); 
    } 
 
    /** 
     * @param t           參數(shù)類型 T 
     * @param firstIndex  第一個下標(biāo) 
     * @param secondIndex 第二個下標(biāo) 
     * @param <T>         表示定義了一個類型 為 T 的類型，否則沒人知道 T 是什么，編譯期也不知道 
     */ 
    private <T> void changeT(T[] t, int firstIndex, int secondIndex) { 
        T tmp = t[firstIndex]; 
        t[firstIndex] = t[secondIndex]; 
        t[secondIndex] = tmp; 
    } 
 
    /** 
     * 遍歷集合 
     * 
     * @param list 集合 
     * @param <T>  表示定義了一個類型 為 T 的類型，否則沒人知道 T 是什么，編譯期也不知道 
     */ 
    private static <T> void testIter(List<T> list) { 
        for (T t : list) { 
            System.out.println("t = " + t); 
        } 
    } 
}

可以看到里面的是不是每個方法都需要去申明一次，那要是 100 個方法呢?那是不是要申明 100 次的，這樣時候泛型類也就應(yīng)用而生了。那泛型類的形式是什么樣子的呢?請看代碼

public class GenericClazz<T>{ 
    //這就是一個最基本的泛型類的樣子 
}

下面我們將剛剛的代碼優(yōu)化如下，但是這里不得不說一個很基礎(chǔ)，但是卻很少有人注意到的問題，請看下面的截圖中的文字描述部分。

# 為什么實例方法可以，而靜態(tài)方法卻報錯?1. 首先告訴你結(jié)論：靜態(tài)方法不能使用類定義的泛型，而是應(yīng)該單獨定義泛型2. 到這里估計很多小伙伴就瞬間明白了，因為靜態(tài)方法是通過類直接調(diào)用的，而普通方法必須通過實例來調(diào)用，類在調(diào)用靜態(tài)方法的時候，后面的泛型類還沒有被創(chuàng)建，所以肯定不能這么去調(diào)用的

所以說這個泛型類中的靜態(tài)方法直接這么寫就可以啦

/** 
     * 遍歷集合 
     * 
     * @param list 集合 
     */ 
    private static <K> void testIter(List<K> list) { 
        for (K t : list) { 
            System.out.println("t = " + t); 
        } 
    }

多個泛型類型同時使用

我們知道 Map 是鍵值對形式存在，所以如果對 Map 的 Key 和 Value 都使用泛型類型該怎么辦?一樣的使用，一個靜態(tài)方法就可以搞定了，請看下面的代碼

public class GenericMap { 
 
    private static <K, V> void mapIter(Map<K, V> map) { 
        for (Map.Entry<K, V> kvEntry : map.entrySet()) { 
            K key = kvEntry.getKey(); 
            V value = kvEntry.getValue(); 
            System.out.println(key + ":" + value); 
        } 
    } 
 
    public static void main(String[] args) { 
        Map<String, String> mapStr = new HashMap<>(); 
        mapStr.put("a", "aa"); 
        mapStr.put("b", "bb"); 
        mapStr.put("c", "cc"); 
        mapIter(mapStr); 
        System.out.println("======"); 
        Map<Integer, String> mapInteger = new HashMap<>(); 
        mapInteger.put(1, "11"); 
        mapInteger.put(2, "22"); 
        mapInteger.put(3, "33"); 
        mapIter(mapInteger); 
    } 
}

到此，泛型的常規(guī)的方法和泛型類已經(jīng)介紹為了。

5. 通配符

通配符 ? 即占位符的意思，也就是在使用期間是無法確定其類型的，只要在將來實際使用的時再指明類型，它有三種形式

<?> 無限定的通配符。是讓泛型能夠接受未知類型的數(shù)據(jù)
< ? extends E>有上限的通配符。能接受指定類及其子類類型的數(shù)據(jù)，E就是該泛型的上邊界
<? super E>有下限的通配符。能接受指定類及其父類類型的數(shù)據(jù),E就是該泛型的下邊界

5.1 通配符之

上面剛剛說到了使用一個類型來表示反省類型是必須要申明的，也即，那是不是不申明就不能使用泛型呢?當(dāng)然不是，這小節(jié)介紹的就是為了解決這個問題的。

表示，但是話又說話來了，那既然可以不去指明具體類型，那 ? 就不能表示一個具體的類型也就是說如果按照原來的方式這么去寫，請看代碼中的注釋

而又因為任何類型都是 Object 的子類，所以，這里可以使用 Object 來接收，對于 ?的具體使用會在下面兩小節(jié)介紹

另外，大家要搞明白泛型和通配符不是一回事

5.2 通配符之 <? extend E>

<? extend E> 表示有上限的通配符，能接受其類型和其子類的類型 E 指上邊界，還是寫個例子來說明

public class GenericExtend { 
    public static void main(String[] args) { 
        List<Father> listF = new ArrayList<>(); 
        List<Son> listS = new ArrayList<>(); 
        List<Daughter> listD = new ArrayList<>(); 
        testExtend(listF); 
        testExtend(listS); 
        testExtend(listD); 
    } 
 
    private static <T> void testExtend(List<? extends Father> list) {} 
} 
 
class Father {} 
 
class Daughter extends Father{} 
 
class Son extends Father {     
}

這個時候一切都還是很和平的，因為大家都遵守著預(yù)定，反正 List 中的泛型要么是 Father 類，要么是 Father 的子類。但是這個時候如果這樣子來寫(具體原因已經(jīng)在截圖中寫明了)

5.3 通配符之 <？super E>

表示有下限的通配符。也就說能接受指定類型及其父類類型，E 即泛型類型的下邊界，直接上來代碼然后來解釋

public class GenericSuper { 
 
    public static void main(String[] args) { 
        List<Son> listS = new Stack<>(); 
        List<Father> listF = new Stack<>(); 
        List<GrandFather> listG = new Stack<>(); 
        testSuper(listS); 
        testSuper(listF); 
        testSuper(listG); 
         
    } 
    private static void testSuper(List<? super Son> list){} 
} 
class Son extends Father{} 
class Father extends GrandFather{} 
class GrandFather{}

因為 List list 接受的類型只能是 Son 或者是 Son 的父類，而 Father 和 GrandFather 又都是 Son 的父類，所以以上程序是沒有任何問題的，但是如果再來一個類是 Son 的子類(如果不是和 Son 有關(guān)聯(lián)的類那更不行了)，那結(jié)果會怎么樣?看下圖，相關(guān)重點已經(jīng)在圖中詳細(xì)說明

好了，其實泛型說到這里基本就差不多了，我們平時開發(fā)能遇到的問題和不常遇見的問題本文都基本講解到了。最后我們再來一起看看泛型的另一個特性：泛型擦除。

6. 泛型擦除

先來看下泛型擦除的定義

# 泛型擦除因為泛型的信息只存在于 java 的編譯階段，編譯期編譯完帶有 java 泛型的程序后，其生成的 class 文件中與泛型相關(guān)的信息會被擦除掉，以此來保證程序運行的效率并不會受影響，也就說泛型類型在 jvm 中和普通類是一樣的。

別急，知道你看完概念肯定還是不明白什么叫泛型擦除，舉個例子

public class GenericWipe { 
    public static void main(String[] args) { 
        List<String> listStr = new ArrayList<>(); 
        List<Integer> listInt = new ArrayList<>(); 
        List<Double> listDou = new ArrayList<>(); 
 
        System.out.println(listStr.getClass()); 
        System.out.println(listInt.getClass()); 
        System.out.println(listDou.getClass()); 
 
    } 
}

這也就是說 java 泛型在生成字節(jié)碼以后是根本不存在泛型類型的，甚至是在編譯期就會被抹去，說來說去好像并沒有將泛型擦除說的很透徹，下面我們就以例子的方式來一步一步證明

通過反射驗證編譯期泛型類型被擦除

class Demo1 { 
    public static void main(String[] args) throws Exception { 
        List<Integer> list = new ArrayList<>(); 
        //到這里是沒有任何問題的，正常的一個 集合類的添加元素 
        list.add(1024); 
        list.forEach(System.out::println); 
        System.out.println("-------通過反射證明泛型類型編譯期間被擦除-------"); 
        //反射看不明白的小伙伴不要急，如果想看發(fā)射的文章，請留言反射，我下期保證完成 
        list.getClass().getMethod("add", Object.class).invoke(list, "9527"); 
        for (int i = 0; i < list.size(); i++) { 
            System.out.println("value = " + list.get(i)); 
        } 
    } 
}

打印結(jié)果如下：

但是直接同一個反射似乎并不能讓小伙伴們買賬，我們?yōu)榱梭w驗差異，繼續(xù)寫一個例子

class Demo1 { 
    public static void main(String[] args) throws Exception { 
        //List<E>  實際上就是一個泛型，所以我們就不去自己另外寫泛型類來測試了 
        List<Integer> list = new ArrayList<>(); 
        //到這里是沒有任何問題的，正常的一個 集合類的添加元素 
        list.add(1024); 
        list.forEach(System.out::println); 
        System.out.println("-------通過反射證明泛型類型編譯期間被擦除-------"); 
        list.getClass().getMethod("add", Object.class).invoke(list, "9527"); 
        for (int i = 0; i < list.size(); i++) { 
            System.out.println("value = " + list.get(i)); 
        } 
 
        //普通的類 
        FanShe fanShe = new FanShe(); 
        //先通過正常的方式為屬性設(shè)置值 
        fanShe.setStr(1111); 
        System.out.println(fanShe.getStr()); 
        //然后通過同樣的方式為屬性設(shè)置值 不要忘記上面的List  是 List<E> 是泛型哦！不要連最基本的知識都忘記了 
        fanShe.getClass().getMethod("setStr", Object.class).invoke(list, "2222"); 
        System.out.println(fanShe.getStr()); 
    } 
} 
//隨便寫一個類 
class FanShe{ 
    private Integer str; 
    public void setStr(Integer str) { 
        this.str = str; 
    } 
 
    public Integer getStr() { 
        return str; 
    } 
}

測試結(jié)果顯而易見，不是泛型的類型是不能通過反射去修改類型賦值的。

由于泛型擦除帶來的自動類型轉(zhuǎn)換

因為泛型的類型擦除問題，導(dǎo)致所有的泛型類型變量被編譯后都會被替換為原始類型。既然都被替換為原始類型，那么為什么我們在獲取的時候，為什么不需要強制類型轉(zhuǎn)換?

下面這么些才是一個標(biāo)準(zhǔn)的帶有泛型返回值的方法。

public class TypeConvert { 
    public static void main(String[] args) { 
 
        //調(diào)用方法的時候返回值就是我們實際傳的泛型的類型 
        MyClazz1 myClazz1 = testTypeConvert(MyClazz1.class); 
        MyClazz2 myClazz2 = testTypeConvert(MyClazz2.class); 
    } 
    private static <T> T testTypeConvert(Class<T> tClass){ 
        //只需要將返回值類型轉(zhuǎn)成實際的泛型類型 T 即可 
        return (T) tClass; 
    } 
} 
 
class MyClazz1{} 
class MyClazz2{}

由泛型引發(fā)的數(shù)組問題

名字怪嚇人的，實際上說白了就是不能創(chuàng)建泛型數(shù)組

看下面的代碼

為什么不能創(chuàng)建泛型類型的數(shù)組?

因為List 和 List 被編譯后在 JVM 中等同于List ，所有的類型信息在編譯后都等同于List，也就是說編譯器此時也是無法區(qū)分?jǐn)?shù)組中的具體類型是 Integer類型還是 String 。

但是，使用通配符卻是可以的，我上文還特意強調(diào)過一句話：泛型和通配符不是一回事。請看代碼

那這又是為什么?? 表示未知的類型，他的操作不涉及任何的類型相關(guān)的東西，所以 JVM 是不會對其進(jìn)行類型判斷的，因此它能編譯通過，但是這種方式只能讀不能寫，也即只能使用 get 方法，無法使用 add 方法。

為什么不能 add ? 提供了只讀的功能，也就是它刪減了增加具體類型元素的能力，只保留與具體類型無關(guān)的功能。它不管裝載在這個容器內(nèi)的元素是什么類型，它只關(guān)心元素的數(shù)量、容器是否為空，另外上面也已經(jīng)解釋過為什么不能 add 的，這里就當(dāng)做一個補充。

好了，關(guān)于泛型知識，今天就聊到這里，感謝大家的支持!

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責(zé)任編輯：武曉燕來源：程序員小灰

Java 類型數(shù)組