引出泛型

我們通過(guò)如下的示例，引出為什么泛型的概念。

public class Test {

  public static void main(String[] args) {
    List list = new ArrayList();
    list.add("abc");
    list.add(2);

    for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
      String name = (String) list.get(i); // error
      System.out.println("name:" + name);
    }
  }
}

當(dāng)獲取列表中的第二個(gè)元素時(shí)，會(huì)報(bào)錯(cuò)，java.lang.ClassCastException: java.lang.Integer cannot be cast to java.lang.String。這是常見(jiàn)的類(lèi)型轉(zhuǎn)換錯(cuò)誤。

當(dāng)我們將元素放入到列表中，并沒(méi)有使用指定的類(lèi)型，在取出元素時(shí)使用的是默認(rèn)的 Object 類(lèi)型。因此很容易出現(xiàn)類(lèi)型轉(zhuǎn)換的異常。

我們想要實(shí)現(xiàn)的結(jié)果是，集合能夠記住集合內(nèi)元素各類(lèi)型，且能夠達(dá)到只要編譯時(shí)不出現(xiàn)問(wèn)題，運(yùn)行時(shí)就不會(huì)出現(xiàn) java.lang.ClassCastException 異常。泛型剛好能滿足我們的需求。

什么是泛型？

泛型，即參數(shù)化類(lèi)型。一提到參數(shù)，最熟悉的就是定義方法時(shí)有形參，然后調(diào)用此方法時(shí)傳遞實(shí)參。那么參數(shù)化類(lèi)型怎么理解呢？顧名思義，就是將類(lèi)型由原來(lái)的具體的類(lèi)型參數(shù)化，類(lèi)似于方法中的變量參數(shù)，此時(shí)類(lèi)型也定義成參數(shù)形式（可以稱之為類(lèi)型形參），然后在使用/調(diào)用時(shí)傳入具體的類(lèi)型（類(lèi)型實(shí)參）。

泛型的本質(zhì)是為了參數(shù)化類(lèi)型，即在不創(chuàng)建新的類(lèi)型的情況下，通過(guò)泛型指定的不同類(lèi)型來(lái)控制形參具體限制的類(lèi)型。在泛型使用過(guò)程中，操作的數(shù)據(jù)類(lèi)型被指定為一個(gè)參數(shù)，這種參數(shù)類(lèi)型可以用在類(lèi)、接口和方法中，分別被稱為泛型類(lèi)、泛型接口和泛型方法。

泛型的特點(diǎn)

Java 語(yǔ)言中引入泛型是一個(gè)較大的功能增強(qiáng)。不僅語(yǔ)言、類(lèi)型系統(tǒng)和編譯器有了較大的變化，已支持泛型，而且類(lèi)庫(kù)也進(jìn)行了大翻修，所以許多重要的類(lèi)，比如集合框架，都已經(jīng)成為泛型化的了。這帶來(lái)了很多好處：

1. 類(lèi)型安全。 泛型的主要目標(biāo)是提高 Java 程序的類(lèi)型安全。通過(guò)知道使用泛型定義的變量的類(lèi)型限制，編譯器可以在一個(gè)高得多的程度上驗(yàn)證類(lèi)型假設(shè)。
2. 消除強(qiáng)制類(lèi)型轉(zhuǎn)換。 泛型的一個(gè)附帶好處是，消除源代碼中的許多強(qiáng)制類(lèi)型轉(zhuǎn)換。這使得代碼更加可讀，并且減少了出錯(cuò)機(jī)會(huì)。
3. 潛在的性能收益。 泛型為較大的優(yōu)化帶來(lái)可能。在泛型的初始實(shí)現(xiàn)中，編譯器將強(qiáng)制類(lèi)型轉(zhuǎn)換（沒(méi)有泛型的話，程序員會(huì)指定這些強(qiáng)制類(lèi)型轉(zhuǎn)換）插入生成的字節(jié)碼中。

命名類(lèi)型參數(shù)

推薦的命名約定是使用大寫(xiě)的單個(gè)字母名稱作為類(lèi)型參數(shù)。對(duì)于常見(jiàn)的泛型模式，推薦的名稱是：

1. K：鍵，比如映射的鍵
2. V：值，比如 List 和 Set 的內(nèi)容，或者 Map 中的值
3. E：元素
4. T：泛型
   

public class Generic<T> { 
  //key的類(lèi)型為T(mén) 
  private T key;

  public Generic(T key) { 
  	//泛型構(gòu)造方法形參key的類(lèi)型也為T(mén)
    this.key = key;
  }

  public T getKey() { 
  	//泛型方法getKey的返回值類(lèi)型為T(mén)
    return key;
  }
}

如上定義了一個(gè)普通的泛型類(lèi)，成員變量的類(lèi)型為 T，T的類(lèi)型由外部指定。泛型方法和泛型構(gòu)造函數(shù)同樣如此。

Generic<Integer> genericInteger = new Generic<Integer>(123456); //1

Generic<String> genericString = new Generic<String>("key_vlaue"); // 2

System.out.println("key is " + genericInteger.getKey());
System.out.println("key is " + genericString.getKey());

泛型的類(lèi)型參數(shù)只能是類(lèi)類(lèi)型（包括自定義類(lèi)），不能是簡(jiǎn)單類(lèi)型。傳入的實(shí)參類(lèi)型需與泛型的類(lèi)型參數(shù)類(lèi)型相同，即為Integer/String。

如上所述，定義的泛型類(lèi)，就一定要傳入泛型類(lèi)型實(shí)參么？

并不是這樣，在使用泛型的時(shí)候如果傳入泛型實(shí)參，則會(huì)根據(jù)傳入的泛型實(shí)參做相應(yīng)的限制，此時(shí)泛型才會(huì)起到本應(yīng)起到的限制作用。如果不傳入泛型類(lèi)型實(shí)參的話，在泛型類(lèi)中使用泛型的方法或成員變量定義的類(lèi)型可以為任何的類(lèi)型。

Generic genericString = new Generic("111111");
Generic genericInteger = new Generic(4444);

System.out.println("key is " + genericString.getKey());
System.out.println("key is " + genericInteger.getKey());

如上的代碼片段，將會(huì)輸出如下的結(jié)果：

key is 111111
key is 4444

在不傳入泛型類(lèi)型實(shí)參的情況下，泛型類(lèi)中使用的泛型防范或成員變量可以為 Integer 或 String 等等其他任意類(lèi)型。不過(guò)需要注意的是，泛型的類(lèi)型參數(shù)只能是類(lèi)類(lèi)型，不能是簡(jiǎn)單類(lèi)型。且不能對(duì)確切的泛型類(lèi)型使用 instanceof 操作。對(duì)于不同傳入的類(lèi)型實(shí)參，生成的相應(yīng)對(duì)象實(shí)例的類(lèi)型是不是一樣的呢？具體看如下的示例：

public class GenericTest {

  public static void main(String[] args) {

    Generic<Integer> name = new Box<String>("111111");
    Generic<String> age = new Box<Integer>(712);

    System.out.println("name class:" + name.getClass()); 
    System.out.println("age class:" + age.getClass()); 
    System.out.println(name.getClass() == age.getClass());  // true
  }

}

由輸出結(jié)構(gòu)可知，在使用泛型類(lèi)時(shí)，雖然傳入了不同的泛型實(shí)參，但并沒(méi)有真正意義上生成不同的類(lèi)型，傳入不同泛型實(shí)參的泛型類(lèi)在內(nèi)存上只有一個(gè)，即還是原來(lái)的最基本的類(lèi)型（本例中為 Generic），當(dāng)然在邏輯上我們可以理解成多個(gè)不同的泛型類(lèi)型。

究其原因，在于 Java 中的泛型這一概念提出的目的，其只是作用于代碼編譯階段。在編譯過(guò)程中，對(duì)于正確檢驗(yàn)泛型結(jié)果后，會(huì)將泛型的相關(guān)信息擦除。也就是說(shuō)，成功編譯過(guò)后的 class 文件中是不包含任何泛型信息的。泛型信息不會(huì)進(jìn)入到運(yùn)行時(shí)階段。

泛型類(lèi)型在邏輯上看以看成是多個(gè)不同的類(lèi)型，實(shí)際上都是相同的基本類(lèi)型。

通配符

Ingeter 是 Number 的一個(gè)子類(lèi)，同時(shí) Generic<Ingeter> 與 Generic<Number> 實(shí)際上是相同的一種基本類(lèi)型。那么問(wèn)題來(lái)了，在使用 Generic<Number> 作為形參的方法中，能否使用Generic<Ingeter> 的實(shí)例傳入呢？在邏輯上類(lèi)似于 Generic<Number> 和 Generic<Ingeter> 是否可以看成具有父子關(guān)系的泛型類(lèi)型呢？下面我們通過(guò)定義一個(gè)方法來(lái)驗(yàn)證。

public void show(Generic<Number> obj) {
  System.out.println("key value is " + obj.getKey());
}

進(jìn)行如下的調(diào)用

Generic<Integer> genericInteger = new Generic<Integer>(123);

show(genericInteger); //error Generic<java.lang.Integer> cannot be applied to Generic<java.lang.Number>

通過(guò)提示信息我們可以看到 Generic<Integer> 不能被看作為 Generic<Number> 的子類(lèi)。由此可以看出：同一種泛型可以對(duì)應(yīng)多個(gè)版本（因?yàn)閰?shù)類(lèi)型是不確定的），不同版本的泛型類(lèi)實(shí)例是不兼容的。

我們不能因此定義一個(gè) show(Generic<Integer> obj)來(lái)處理，因此我們需要一個(gè)在邏輯上可以表示同時(shí)是Generic和Generic父類(lèi)的引用類(lèi)型。由此類(lèi)型通配符應(yīng)運(yùn)而生。

T、K、V、E 等泛型字母為有類(lèi)型，類(lèi)型參數(shù)賦予具體的值。除了有類(lèi)型，還可以用通配符來(lái)表述類(lèi)型，？ 未知類(lèi)型，類(lèi)型參數(shù)賦予不確定值，任意類(lèi)型只能用在聲明類(lèi)型、方法參數(shù)上，不能用在定義泛型類(lèi)上。將方法改寫(xiě)成如下：

public void show(Generic<?> obj) {
  System.out.println("key value is " + obj.getKey());
}

此處 ? 是類(lèi)型實(shí)參，而不是類(lèi)型形參。即和 Number、String、Integer 一樣都是實(shí)際的類(lèi)型，可以把 ？ 看成所有類(lèi)型的父類(lèi)，是一種真實(shí)的類(lèi)型?？梢越鉀Q當(dāng)具體類(lèi)型不確定的時(shí)候，這個(gè)通配符就是 ?；當(dāng)操作類(lèi)型時(shí)，不需要使用類(lèi)型的具體功能時(shí)，只使用 Object 類(lèi)中的功能。那么可以用 ? 通配符來(lái)表未知類(lèi)型。

泛型上下邊界

在使用泛型的時(shí)候，我們還可以為傳入的泛型類(lèi)型實(shí)參進(jìn)行上下邊界的限制，如：類(lèi)型實(shí)參只準(zhǔn)傳入某種類(lèi)型的父類(lèi)或某種類(lèi)型的子類(lèi)。為泛型添加上邊界，即傳入的類(lèi)型實(shí)參必須是指定類(lèi)型的子類(lèi)型。

public void show(Generic<? extends Number> obj) {
  System.out.println("key value is " + obj.getKey());
}

我們?cè)诜盒头椒ǖ娜雲(yún)⑾薅▍?shù)類(lèi)型為 Number 的子類(lèi)。

Generic<String> genericString = new Generic<String>("11111");
Generic<Integer> genericInteger = new Generic<Integer>(2222);


showKeyValue1(genericString); // error
showKeyValue1(genericInteger);

當(dāng)我們的入?yún)?String 類(lèi)型時(shí)，編譯報(bào)錯(cuò)，因?yàn)?String 類(lèi)型并不是 Number 類(lèi)型的子類(lèi)。

類(lèi)型通配符上限通過(guò)形如 Generic<? extends Number> 形式定義；相對(duì)應(yīng)的，類(lèi)型通配符下限為Generic<? super Number>形式，其含義與類(lèi)型通配符上限正好相反，在此不作過(guò)多闡述。

泛型數(shù)組

在 java 中是不能創(chuàng)建一個(gè)確切的泛型類(lèi)型的數(shù)組的，即：

List<String>[] ls = new ArrayList<String>[10]; 

如上會(huì)編譯報(bào)錯(cuò)，而使用通配符創(chuàng)建泛型數(shù)組是可以的：

List<?>[] ls = new ArrayList<?>[10]; 

//List<String>[] ls = new ArrayList[10];

JDK1.7 對(duì)泛型的簡(jiǎn)化，所以另一種聲明也是可以的。

由于JVM泛型的擦除機(jī)制，在運(yùn)行時(shí) JVM 是不知道泛型信息的。泛型數(shù)組實(shí)際的運(yùn)行時(shí)對(duì)象數(shù)組只能是原始類(lèi)型( T[]為Object[]，Pair[]為Pair[] )，而實(shí)際的運(yùn)行時(shí)數(shù)組對(duì)象可能是T類(lèi)型( 雖然運(yùn)行時(shí)會(huì)擦除成原始類(lèi)型 )。成功創(chuàng)建泛型數(shù)組的唯一方式就是創(chuàng)建一個(gè)被擦出類(lèi)型的新數(shù)組，然后對(duì)其轉(zhuǎn)型。

public class GenericArray<T> {
  private Object[] array; //維護(hù)Object[]類(lèi)型數(shù)組
  @SupperessWarning("unchecked")
  public GenericArray(int v) {
    array = new Object[v];
  }
  public void put(int index, T item) {
    array[index] = item;
  }
  public T get(int index) { 
  	return (T)array[index]; 
  } //數(shù)組對(duì)象出口強(qiáng)轉(zhuǎn)
  public T[] rep() { return (T[])array; } //運(yùn)行時(shí)無(wú)論怎樣都是Object[]類(lèi)型 
  public static void main (String[] args){
    GenericArray<Integer> ga = new GenericArray<Integer>(10);
    // Integer[] ia = ga.rep(); //依舊ClassCastException
    Object[] oa = ga.rep(); //只能返回對(duì)象數(shù)組類(lèi)型為Object[]
    ga.put(0, 11);
    System.out.println(ga.get(0)); // 11
  }
}

在運(yùn)行時(shí)，數(shù)組對(duì)象的出口做轉(zhuǎn)型輸出，入口方法在編譯期已實(shí)現(xiàn)類(lèi)型安全，所以出口方法可以放心強(qiáng)制類(lèi)型轉(zhuǎn)換，保證成功。

小結(jié)

本文主要講了 Java 泛型的相關(guān)概念和應(yīng)用。泛型使編譯器可以在編譯期間對(duì)類(lèi)型進(jìn)行檢查以提高類(lèi)型安全，減少運(yùn)行時(shí)由于對(duì)象類(lèi)型不匹配引發(fā)的異常。由泛型的誕生介紹相關(guān)的概念，在保證代碼質(zhì)量的情況下，如何使用泛型去簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)。

以上所述是小編給大家介紹的Java泛型及其應(yīng)用詳解整合，希望對(duì)大家有所幫助，如果大家有任何疑問(wèn)請(qǐng)給我留言，小編會(huì)及時(shí)回復(fù)大家的。在此也非常感謝大家對(duì)腳本之家網(wǎng)站的支持！

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