Java基础 -- 泛型
概述：
泛型术语的意思就是“适用于许多许多的类型”，是某种不具体的类型即类型参数化，由于某些业务场景下继承类或者实现接口，同样会对程序的约束太强，而我们希望达到的目的是更通用的代码，
所有Java SE5以后增加了泛型。
用途：
创建集合类及结合java反射的通用方法
泛型类型分类：
1.泛型类
-- 泛型类的定义如下代码，粉色部分指明泛型，本例中使用 T 和 K，可以使用任意字母指定
-- 泛型类的使用,在实例化对象时指定泛型类型即new后面的类名后的部分number1，所以number3部分要和number2部分保持一致，number2部分即为确定后的类型，就和其他普通类型一样可以任意使用
//1.泛型类声明
public class Holder<T, K>{
private T a;
private K b;
public Holder(T a, K b){
this.a = a;
this.b = b;
}
public T getA() {
return a;
}
public void setA(T a) {
this.a = a;
}
public K getB() {
return b;
}
public void setB(K b) {
this.b = b;
}
public static void main(String[] args){
//3.确定一具体的类型，就和普通类型一样使用 //2.指明泛型类型，传入上面的声明
Holder<String, Integer> h1 = new Holder<String, Integer>("test", 123);
System.out.println(h1.getA());
System.out.println(h1.getB());
}
}
2. 泛型接口
-- 泛型接口定义和泛型类定义类似，在实现类implements 接口时指定泛型类型 ：public class A implements InterfaceB<String, Integer>
-- 实现类实现接口的方法
-- 具体例子参考Thinking in Java-泛型接口，书中列举了一个生成器 generator Iteratable Iterator的例子
3. 泛型方法
--泛型方法可以独立创建和所在的类是不是泛型类无关系，也就是说是否拥有泛型方法，与其所在的类是否是泛型类无关
--基本原则 如果使用泛型方法可以取代讲整个类泛型化，那么久应该只使用泛型方法，因为他可以使事情更加清楚明白--代码易读
--对于一个static方法无法访问泛型类的参数，所以，如果static方法需要使用泛型能力，就必须使其成为泛型方法
--对于一个非static成员方法，如果所在的类时泛型类，则没有必要再将该方法定义为泛型方法，因为，它已经有了泛型的功能
--泛型方法的定义及使用如以下代码，静态泛型方法定义及使用与以下相同
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
public class Holder2 {
//1.定义泛型方法只需要在方法的返回类型前加上泛型类型<K, T>
public <T,K> Map<T, K> addMapElement(T a, K b){
//实例化一个泛型类，只不过这个类的泛型类型是由泛型方法的泛型传入的
Map<T, K> map = new HashMap<T, K>();
map.put(a, b);
return map;
}
public <T, K> Map<T, K> getMap(){
Map<T, K> map = new HashMap<T, K>();
return map;
}
public static void main(String[] args) {
Holder2 a = new Holder2();
//2.隐式泛型类型调用 - jvm泛型类型自动推断
// -- 隐式的类型推断只能使用于最终方法返回结果用于赋值的情况（或者不处理返回结果），如果泛型方法的返回结果作为另一个方法的实参，则它被赋值给一个object类型，并不能推断为正确的类型
//2.1 隐式一
// -- 调用泛型方法时，没有指定泛型类型，jvm会根据实际传入的值得类型推断出类型
// -- 基本数据类型是无法作为泛型类型的，这里jvm隐式地做了Integer的类型包装
Map<String, Integer> map01 = a.addMapElement("test", 123);
System.out.println("result: " + map01.get("test"));
//2.2 隐式二
// -- 根据接收方法返回值的本地变量的类型自动推断
Map<String, Integer> map02 = a.getMap();
map02.put("test", 456);
System.out.println("result: " + map02.get("test"));
//3.显示泛型类型调用
// -- 在调用的泛型方法的名前面指明泛型类型
Map<String, Integer> map03 = a.<String, Integer>addMapElement("test", 789);
System.out.println("result: " + map03.get("test"));
}
}
6.结合java反射实例：
import java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.Method;
public class Holder3 {
private String name;
private String age;
Holder3(String name, String age){
this.name = name;
this.age = age;
}
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public String getAge() {
return age;
}
public void setAge(String age) {
this.age = age;
}
public static <K> String toString(K a) throws Exception{
String str = "";
Field[] fields = a.getClass().getDeclaredFields();
for(Field field : fields){
String fieldName = field.getName();
str += fieldName + " : ";
fieldName = fieldName.substring(0, 1).toUpperCase() + fieldName.substring(1);
Method m =a.getClass().getMethod("get" + fieldName);
str += m.invoke(a) + "\n";
}
return str;
}
public static void main(String[] args) throws Exception{
Holder3 h = new Holder3("lv", "30");
//以下两种调用方式都可以
//System.out.println("result:" + Holder3.<Holder3>toString(h));
System.out.println("result:" + Holder3.toString(h));
}
}
7.边界
-- <T extends ParentClass & InterfaceA> 定义泛型类或者泛型接口，在之前的定义中，是无法调用泛型T对象的任何方法的，但是在设置边界后，可以调用父类对象或者接口里的方法
8. 通配符
-- ? : 表示可以是任意一种具体的泛型类型，使用形式为List<? ** **> 或者 MyClass<? ** **>，不可以出现在泛型类及泛型方法的直接定义中，就和其他普通类型一样使用
-- ？extends ClassA 成员方法，泛型方法
-- ? super ClassA 成员方法，泛型方法
-- ? extends T --用于泛型方法中
-- ? super T -- 用于泛型方法中
9.Class<?>，Class<T> 使用 MyClass.class, class传递给class变量，MyClass作为具体泛型类型
======以下为引用其他博客=====
通配符
在了解通配符之前，我们首先必须要澄清一个概念，还是借用我们上面定义的Box类，假设我们添加一个这样的方法：
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public
void
boxTest(Box<Number> n) {
/* ... */
}
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那么现在Box<Number> n允许接受什么类型的参数？我们是否能够传入Box<Integer>或者Box<Double>呢？答案是否定的，虽然Integer和Double是Number的子类，但是在泛型中Box<Integer>或者Box<Double>与Box<Number>之间并没有任何的关系。这一点非常重要，接下来我们通过一个完整的例子来加深一下理解。
首先我们先定义几个简单的类，下面我们将用到它：
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class
Fruit {}
class
Apple
extends
Fruit {}
class
Orange
extends
Fruit {}
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下面这个例子中，我们创建了一个泛型类Reader，然后在f1()中当我们尝试Fruit f = fruitReader.readExact(apples);编译器会报错，因为List<Fruit>与List<Apple>之间并没有任何的关系。
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public
class
GenericReading {
static
List<Apple> apples = Arrays.asList(
new
Apple());
static
List<Fruit> fruit = Arrays.asList(
new
Fruit());
static
class
Reader<T> {
T readExact(List<T> list) {
return
list.get(
0
);
}
}
static
void
f1() {
Reader<Fruit> fruitReader =
new
Reader<Fruit>();
// Errors: List<Fruit> cannot be applied to List<Apple>.
// Fruit f = fruitReader.readExact(apples);
}
public
static
void
main(String[] args) {
f1();
}
}
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但是按照我们通常的思维习惯，Apple和Fruit之间肯定是存在联系，然而编译器却无法识别，那怎么在泛型代码中解决这个问题呢？我们可以通过使用通配符来解决这个问题：
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static
class
CovariantReader<T> {
T readCovariant(List<?
extends
T> list) {
return
list.get(
0
);
}
}
static
void
f2() {
CovariantReader<Fruit> fruitReader =
new
CovariantReader<Fruit>();
Fruit f = fruitReader.readCovariant(fruit);
Fruit a = fruitReader.readCovariant(apples);
}
public
static
void
main(String[] args) {
f2();
}
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这样就相当与告诉编译器， fruitReader的readCovariant方法接受的参数只要是满足Fruit的子类就行(包括Fruit自身)，这样子类和父类之间的关系也就关联上了。
PECS原则
上面我们看到了类似<? extends T>的用法，利用它我们可以从list里面get元素，那么我们可不可以往list里面add元素呢？我们来尝试一下：
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public
class
GenericsAndCovariance {
public
static
void
main(String[] args) {
// Wildcards allow covariance:
List<?
extends
Fruit> flist =
new
ArrayList<Apple>();
// Compile Error: can't add any type of object:
// flist.add(new Apple())
// flist.add(new Orange())
// flist.add(new Fruit())
// flist.add(new Object())
flist.add(
null
);
// Legal but uninteresting
// We Know that it returns at least Fruit:
Fruit f = flist.get(
0
);
}
}
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答案是否定，Java编译器不允许我们这样做，为什么呢？对于这个问题我们不妨从编译器的角度去考虑。因为List<? extends Fruit> flist它自身可以有多种含义：
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List<?
extends
Fruit> flist =
new
ArrayList<Fruit>();
List<?
extends
Fruit> flist =
new
ArrayList<Apple>();
List<?
extends
Fruit> flist =
new
ArrayList<Orange>();
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- 当我们尝试add一个Apple的时候，flist可能指向
new ArrayList<Orange>(); - 当我们尝试add一个Orange的时候，flist可能指向
new ArrayList<Apple>(); - 当我们尝试add一个Fruit的时候，这个Fruit可以是任何类型的Fruit，而flist可能只想某种特定类型的Fruit，编译器无法识别所以会报错。
所以对于实现了<? extends T>的集合类只能将它视为Producer向外提供(get)元素，而不能作为Consumer来对外获取(add)元素。
如果我们要add元素应该怎么做呢？可以使用<? super T>：
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public
class
GenericWriting {
static
List<Apple> apples =
new
ArrayList<Apple>();
static
List<Fruit> fruit =
new
ArrayList<Fruit>();
static
<T>
void
writeExact(List<T> list, T item) {
list.add(item);
}
static
void
f1() {
writeExact(apples,
new
Apple());
writeExact(fruit,
new
Apple());
}
static
<T>
void
writeWithWildcard(List<?
super
T> list, T item) {
list.add(item)
}
static
void
f2() {
writeWithWildcard(apples,
new
Apple());
writeWithWildcard(fruit,
new
Apple());
}
public
static
void
main(String[] args) {
f1(); f2();
}
}
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这样我们可以往容器里面添加元素了，但是使用super的坏处是以后不能get容器里面的元素了，原因很简单，我们继续从编译器的角度考虑这个问题，对于List<? super Apple> list，它可以有下面几种含义：
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List<?
super
Apple> list =
new
ArrayList<Apple>();
List<?
super
Apple> list =
new
ArrayList<Fruit>();
List<?
super
Apple> list =
new
ArrayList<Object>();
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当我们尝试通过list来get一个Apple的时候，可能会get得到一个Fruit，这个Fruit可以是Orange等其他类型的Fruit。
根据上面的例子，我们可以总结出一条规律，”Producer Extends, Consumer Super”：
- “Producer Extends” – 如果你需要一个只读List，用它来produce T，那么使用
? extends T。 - “Consumer Super” – 如果你需要一个只写List，用它来consume T，那么使用
? super T。 - 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。
如何阅读过一些Java集合类的源码，可以发现通常我们会将两者结合起来一起用，比如像下面这样：
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public
class
Collections {
public
static
<T>
void
copy(List<?
super
T> dest, List<?
extends
T> src) {
for
(
int
i=
0
; i<src.size(); i++)
dest.set(i, src.get(i));
}
}
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类型擦除
Java泛型中最令人苦恼的地方或许就是类型擦除了，特别是对于有C++经验的程序员。类型擦除就是说Java泛型只能用于在编译期间的静态类型检查，然后编译器生成的代码会擦除相应的类型信息，这样到了运行期间实际上JVM根本就知道泛型所代表的具体类型。这样做的目的是因为Java泛型是1.5之后才被引入的，为了保持向下的兼容性，所以只能做类型擦除来兼容以前的非泛型代码。对于这一点，如果阅读Java集合框架的源码，可以发现有些类其实并不支持泛型。
说了这么多，那么泛型擦除到底是什么意思呢？我们先来看一下下面这个简单的例子：
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public
class
Node<T> {
private
T data;
private
Node<T> next;
public
Node(T data, Node<T> next) {
this
.data = data;
this
.next = next;
}
public
T getData() {
return
data; }
// ...
}
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编译器做完相应的类型检查之后，实际上到了运行期间上面这段代码实际上将转换成：
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public
class
Node {
private
Object data;
private
Node next;
public
Node(Object data, Node next) {
this
.data = data;
this
.next = next;
}
public
Object getData() {
return
data; }
// ...
}
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这意味着不管我们声明Node<String>还是Node<Integer>，到了运行期间，JVM统统视为Node<Object>。有没有什么办法可以解决这个问题呢？这就需要我们自己重新设置bounds了，将上面的代码修改成下面这样：
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public
class
Node<T
extends
Comparable<T>> {
private
T data;
private
Node<T> next;
public
Node(T data, Node<T> next) {
this
.data = data;
this
.next = next;
}
public
T getData() {
return
data; }
// ...
}
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这样编译器就会将T出现的地方替换成Comparable而不再是默认的Object了：
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public
class
Node {
private
Comparable data;
private
Node next;
public
Node(Comparable data, Node next) {
this
.data = data;
this
.next = next;
}
public
Comparable getData() {
return
data; }
// ...
}
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上面的概念或许还是比较好理解，但其实泛型擦除带来的问题远远不止这些，接下来我们系统地来看一下类型擦除所带来的一些问题，有些问题在C++的泛型中可能不会遇见，但是在Java中却需要格外小心。
问题一
在Java中不允许创建泛型数组，类似下面这样的做法编译器会报错：
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List<Integer>[] arrayOfLists =
new
List<Integer>[
2
];
// compile-time error
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为什么编译器不支持上面这样的做法呢？继续使用逆向思维，我们站在编译器的角度来考虑这个问题。
我们先来看一下下面这个例子：
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Object[] strings =
new
String[
2
];
strings[
0
] =
"hi"
;
// OK
strings[
1
] =
100
;
// An ArrayStoreException is thrown.
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对于上面这段代码还是很好理解，字符串数组不能存放整型元素，而且这样的错误往往要等到代码运行的时候才能发现，编译器是无法识别的。接下来我们再来看一下假设Java支持泛型数组的创建会出现什么后果：
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Object[] stringLists =
new
List<String>[];
// compiler error, but pretend it's allowed
stringLists[
0
] =
new
ArrayList<String>();
// OK
// An ArrayStoreException should be thrown, but the runtime can't detect it.
stringLists[
1
] =
new
ArrayList<Integer>();
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假设我们支持泛型数组的创建，由于运行时期类型信息已经被擦除，JVM实际上根本就不知道new ArrayList<String>()和new ArrayList<Integer>()的区别。类似这样的错误假如出现才实际的应用场景中，将非常难以察觉。
如果你对上面这一点还抱有怀疑的话，可以尝试运行下面这段代码：
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public
class
ErasedTypeEquivalence {
public
static
void
main(String[] args) {
Class c1 =
new
ArrayList<String>().getClass();
Class c2 =
new
ArrayList<Integer>().getClass();
System.out.println(c1 == c2);
// true
}
}
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问题二
继续复用我们上面的Node的类，对于泛型代码，Java编译器实际上还会偷偷帮我们实现一个Bridge method。
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public
class
Node<T> {
public
T data;
public
Node(T data) {
this
.data = data; }
public
void
setData(T data) {
System.out.println(
"Node.setData"
);
this
.data = data;
}
}
public
class
MyNode
extends
Node<Integer> {
public
MyNode(Integer data) {
super
(data); }
public
void
setData(Integer data) {
System.out.println(
"MyNode.setData"
);
super
.setData(data);
}
}
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看完上面的分析之后，你可能会认为在类型擦除后，编译器会将Node和MyNode变成下面这样：
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public
class
Node {
public
Object data;
public
Node(Object data) {
this
.data = data; }
public
void
setData(Object data) {
System.out.println(
"Node.setData"
);
this
.data = data;
}
}
public
class
MyNode
extends
Node {
public
MyNode(Integer data) {
super
(data); }
public
void
setData(Integer data) {
System.out.println(
"MyNode.setData"
);
super
.setData(data);
}
}
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实际上不是这样的，我们先来看一下下面这段代码，这段代码运行的时候会抛出ClassCastException异常，提示String无法转换成Integer：
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MyNode mn =
new
MyNode(
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);
Node n = mn;
// A raw type - compiler throws an unchecked warning
n.setData(
"Hello"
);
// Causes a ClassCastException to be thrown.
// Integer x = mn.data;
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如果按照我们上面生成的代码，运行到第3行的时候不应该报错(注意我注释掉了第4行)，因为MyNode中不存在setData(String data)方法，所以只能调用父类Node的setData(Object data)方法，既然这样上面的第3行代码不应该报错，因为String当然可以转换成Object了，那ClassCastException到底是怎么抛出的？
实际上Java编译器对上面代码自动还做了一个处理：
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class
MyNode
extends
Node {
// Bridge method generated by the compiler
public
void
setData(Object data) {
setData((Integer) data);
}
public
void
setData(Integer data) {
System.out.println(
"MyNode.setData"
);
super
.setData(data);
}
// ...
}
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这也就是为什么上面会报错的原因了，setData((Integer) data);的时候String无法转换成Integer。所以上面第2行编译器提示unchecked warning的时候，我们不能选择忽略，不然要等到运行期间才能发现异常。如果我们一开始加上Node<Integer> n = mn就好了，这样编译器就可以提前帮我们发现错误。
问题三
正如我们上面提到的，Java泛型很大程度上只能提供静态类型检查，然后类型的信息就会被擦除，所以像下面这样利用类型参数创建实例的做法编译器不会通过：
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public
static
<E>
void
append(List<E> list) {
E elem =
new
E();
// compile-time error
list.add(elem);
}
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但是如果某些场景我们想要需要利用类型参数创建实例，我们应该怎么做呢？可以利用反射解决这个问题：
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public
static
<E>
void
append(List<E> list, Class<E> cls)
throws
Exception {
E elem = cls.newInstance();
// OK
list.add(elem);
}
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我们可以像下面这样调用：
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List<String> ls =
new
ArrayList<>();
append(ls, String.
class
);
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实际上对于上面这个问题，还可以采用Factory和Template两种设计模式解决，感兴趣的朋友不妨去看一下Thinking in Java中第15章中关于Creating instance of types(英文版第664页)的讲解，这里我们就不深入了。
问题四
我们无法对泛型代码直接使用instanceof关键字，因为Java编译器在生成代码的时候会擦除所有相关泛型的类型信息，正如我们上面验证过的JVM在运行时期无法识别出ArrayList<Integer>和ArrayList<String>的之间的区别：
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public
static
<E>
void
rtti(List<E> list) {
if
(list
instanceof
ArrayList<Integer>) {
// compile-time error
// ...
}
}
=> { ArrayList<Integer>, ArrayList<String>, LinkedList<Character>, ... }
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和上面一样，我们可以使用通配符重新设置bounds来解决这个问题：
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public
static
void
rtti(List<?> list) {
if
(list
instanceof
ArrayList<?>) {
// OK; instanceof requires a reifiable type
// ...
}
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参考自 Thinking In Java