泛型之前

在面向對象編程語言中，多態(tài)算是一種泛化機制。例如，你可以將方法的參數(shù)類型設置為基類，那么該方法就可以接受從這個基類中導出的任何類作為參數(shù)，這樣的方法將會更具有通用性。此外，如果將方法參數(shù)聲明為接口，將會更加靈活。

通過繼承設計通用程序

在Java增加泛型類型之前，通用程序的設計就是利用繼承實現(xiàn)的，例如，ArrayList類只維護一個Object引用的數(shù)組，Object為所有類基類。

public class BeforeGeneric {
    /**
     * 泛型之前的通用程序設計
     */
    static class ArrayList{
        private Object[] elements=new Object[0];
        public Object get(int i){
            return elements[i];
        }
        /**
         * 這里的實現(xiàn)，只是為了演示，不具有任何參考價值
         * */
        public void add(Object o){
            int length = elements.length;
            Object[] newElements = new Object[length+1];
            for(int i=0; i<length; i++){
                newElements[i] = elements[i];
            }
            newElements[length] = o;
            elements = newElements;
        }
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList stringValues = new ArrayList();
        //可以向數(shù)組中添加任何類型的對象
        stringValues.add(1);
        //問題1——獲取值時必須強制轉換
        String str = (String) stringValues.get(0);
        //問題2——上述強制轉型編譯時不會出錯，而運行時報異常java.lang.ClassCastException
        System.out.println(str);
    }
}

面臨的問題

• 當我們獲取一個值的時候，必須進行強制類型轉換。
• 當我們插入一個值的時候，無法約束預期的類型。假定我們預想的是利用stringValues來存放String集合，因為ArrayList只是維護一個Object引用的數(shù)組，我們無法阻止將Integer類型（Object子類）的數(shù)據(jù)加入stringValues。然而，當我們使用數(shù)據(jù)的時候，需要將獲取的Object對象轉換為我們期望的類型（String），如果向集合中添加了非預期的類型（如Integer），編譯時我們不會收到任何的錯誤提示。但當我們運行程序時卻會報異常：

Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: java.lang.Integer cannot be cast to java.lang.String
at generic.BeforeGeneric.main(BeforeGeneric.java:24)

這顯然不是我們所期望的，如果程序有潛在的錯誤，我們更期望在編譯時被告知錯誤，而不是在運行時報異常。

泛型

針對利用繼承來實現(xiàn)通用程序設計所產生的問題，泛型提供了更好的解決方案：類型參數(shù)。例如，ArrayList類用一個類型參數(shù)來指出元素的類型。

ArrayList<String> stringValues=new ArrayList<String>();

這樣的代碼具有更好的可讀性，我們一看就知道該集合用來保存String類型的對象，而不是僅僅依賴變量名稱來暗示我們期望的類型。

public class GenericType {
    public static void main(String[] args) {  
        ArrayList<String> stringValues=new ArrayList<String>();
        stringValues.add("str");
        stringValues.add(1); //編譯錯誤
    } 
}

現(xiàn)在，如果我們向ArrayList<String>添加Integer類型的對象，將會出現(xiàn)編譯錯誤。

Exception in thread "main" java.lang.Error: Unresolved compilation problem: 
The method add(int, String) in the type ArrayList<String> is not applicable for the arguments (int)
at generic.GenericType.main(GenericType.java:8)

編譯器會自動幫我們檢查，避免向集合中插入錯誤類型的對象，從而使得程序具有更好的安全性。

總之，泛型通過類型參數(shù)使得我們的程序具有更好的可讀性和安全性。

Java泛型的實現(xiàn)原理

擦除

public class GenericType {
    public static void main(String[] args) {  
        ArrayList<String> arrayString=new ArrayList<String>();   
        ArrayList<Integer> arrayInteger=new ArrayList<Integer>();   
        System.out.println(arrayString.getClass()==arrayInteger.getClass());  
    }  
}

輸出：

true

在這個例子中，我們定義了兩個ArrayList數(shù)組，不過一個是ArrayList<String>泛型類型，只能存儲字符串。一個是ArrayList<Integer>泛型類型，只能存儲整型。最后，我們通過arrayString對象和arrayInteger對象的getClass方法獲取它們的類信息并比較，發(fā)現(xiàn)結果為true。

這是為什么呢，明明我們定義了兩種不同的類型？因為，在編譯期間，所有的泛型信息都會被擦除，List<Integer>和List<String>類型，在編譯后都會變成List類型（原始類型）。Java中的泛型基本上都是在編譯器這個層次來實現(xiàn)的，這也是Java的泛型被稱為“偽泛型”的原因。

原始類型

原始類型就是泛型類型擦除了泛型信息后，在字節(jié)碼中真正的類型。無論何時定義一個泛型類型，相應的原始類型都會被自動提供。原始類型的名字就是刪去類型參數(shù)后的泛型類型的類名。擦除 類型變量，并替換為 限定類型（T為無限定的 類型變量，用Object替換）。

//泛型類型
class Pair<T> {  
    private T value;  
    public T getValue() {  
        return value;  
    }  
    public void setValue(T  value) {  
        this.value = value;  
    }  
}

//原始類型
class Pair {  
    private Object value;  
    public Object getValue() {  
        return value;  
    }  
    public void setValue(Object  value) {  
        this.value = value;  
    }  
}  

因為在Pair<T>中，T是一個無限定的類型變量，所以用Object替換。如果是Pair<T extends Number>，擦除后，類型變量用Number類型替換。

突破泛型約束

public class ReflectInGeneric {
    public static void main(String[] args) throws IllegalArgumentException, 
                        SecurityException, IllegalAccessException, InvocationTargetException, NoSuchMethodException {  
        ArrayList<Integer> array=new ArrayList<Integer>();  
        // 這樣調用add方法只能存儲整形，因為泛型類型的實例為Integer 
        array.add(1); 
        // 通過泛型可以突破泛型類型約束
        array.getClass().getMethod("add", Object.class).invoke(array, "asd");  
        for (int i=0;i<array.size();i++) {  
            System.out.println(array.get(i));  
        }  
    }  
}

輸出：

1
asd

為什么呢？我們在介紹泛型時指出向ArrayList<Integer>中插入String類型的對象，編譯時會報錯。現(xiàn)在為什么又可以了呢？

• 我們在程序中定義了一個ArrayList<Integer>泛型類型，如果直接調用add方法，那么只能存儲整形的數(shù)據(jù)。
• 不過當我們利用反射調用add方法的時候，卻可以存儲字符串。

這說明ArrayList<Integer>泛型信息在編譯之后被擦除了，只保留了原始類型，類型變量（T）被替換為Object，在運行時，我們可以行其中插入任意類型的對象。

再次應證：Java中的泛型基本上都是在編譯器這個層次來實現(xiàn)的“偽泛型”。

但是，并不推薦以這種方式操作泛型類型，因為這違背了泛型的初衷（減少強制類型轉換以及確保類型安全）。當我們從集合中獲取元素時，默認會將對象強制轉換成泛型參數(shù)指定的類型（這里是Integer），如果放入了非法的對象這個強制轉換過程就會出現(xiàn)異常。

泛型方法的類型推斷

在調用泛型方法的時候，可以指定泛型類型，也可以不指定。

在不指定泛型類型的情況下，泛型類型為該方法中的幾種參數(shù)類型的共同父類的最小級，直到Object。

在指定泛型類型的時候，該方法中的所有參數(shù)類型必須是該泛型類型或者其子類。

public class Test { 
    public static void main(String[] args) {  
        /**不指定泛型的時候*/  
        int i=Test.add(1, 2); //這兩個參數(shù)都是Integer，所以T替換為Integer類型  
        Number f=Test.add(1, 1.2);//這兩個參數(shù)一個是Integer，另一個是Float，所以取同一父類的最小級，為Number  
        Object o=Test.add(1, "asd");//這兩個參數(shù)一個是Integer，另一個是String，所以取同一父類的最小級，為Object
  
        /**指定泛型的時候*/  
        int a=Test.<Integer>add(1, 2);//指定了Integer，所以只能為Integer類型或者其子類  
        int b=Test.<Integer>add(1, 2.2);//編譯錯誤，指定了Integer，不能為Float  
        Number c=Test.<Number>add(1, 2.2); //指定為Number，所以可以為Integer和Float  
    }  
      
    //這是一個簡單的泛型方法  
    public static <T> T add(T x,T y){  
        return y;  
    } 
}

正確的運轉

既然說類型變量會在編譯的時候擦除掉，那為什么定義了ArrayList<Integer>泛型類型，而不允許向其中插入String對象呢？不是說泛型變量Integer會在編譯時候擦除變?yōu)樵碱愋蚈bject嗎，為什么不能存放別的類型呢？既然類型擦除了，如何保證我們只能使用泛型變量限定的類型呢？
java是如何解決這個問題的呢？java編譯器是通過先檢查代碼中泛型的類型，然后再進行類型擦除，再進行編譯的。以如下代碼為例：

        Pair<Integer> pair=new Pair<Integer> ();
        pair.setValue(3);
        Integer integer=pair.getValue();
        System.out.println(integer);

擦除getValue()的返回類型后將返回Object類型，編譯器自動插入Integer的強制類型轉換。也就是說，編譯器把這個方法調用翻譯為兩條字節(jié)碼指令：

• 對原始方法Pair.getValue的調用
• 將返回的Object類型強制轉換為Integer

此外，存取一個泛型域時，也要插入強制類型轉換。因此，我們說Java的泛型是在編譯器層次進行實現(xiàn)的，被稱為“偽泛型”，相對于C++。

泛型相關問題

1、泛型類型引用傳遞問題

在Java中，像下面形式的引用傳遞是不允許的：

ArrayList<String> arrayList1=new ArrayList<Object>();//編譯錯誤  
ArrayList<Object> arrayList1=new ArrayList<String>();//編譯錯誤 

我們先看第一種情況，將第一種情況拓展成下面的形式：

ArrayList<Object> arrayList1=new ArrayList<Object>();  
arrayList1.add(new Object());  
arrayList1.add(new Object());  
ArrayList<String> arrayList2=arrayList1;//編譯錯誤  

實際上，在第4行代碼處，就會有編譯錯誤。那么，我們先假設它編譯沒錯。那么當我們使用arrayList2引用用get()方法取值的時候，返回的都是String類型的對象，可是它里面實際上已經(jīng)被我們存放了Object類型的對象，這樣，就會有ClassCastException了。所以為了避免這種極易出現(xiàn)的錯誤，Java不允許進行這樣的引用傳遞。（這也是泛型出現(xiàn)的原因，就是為了解決類型轉換的問題，我們不能違背它的初衷）。
在看第二種情況，將第二種情況拓展成下面的形式：

ArrayList<String> arrayList1=new ArrayList<String>();  
arrayList1.add(new String());  
arrayList1.add(new String());  
ArrayList<Object> arrayList2=arrayList1;//編譯錯誤  

沒錯，這樣的情況比第一種情況好的多，最起碼，在我們用arrayList2取值的時候不會出現(xiàn)ClassCastException，因為是從String轉換為Object?？墒?，這樣做有什么意義呢，泛型出現(xiàn)的原因，就是為了解決類型轉換的問題。我們使用了泛型，到頭來，還是要自己強轉，違背了泛型設計的初衷。所以java不允許這么干。再說，你如果又用arrayList2往里面add()新的對象，那么到時候取得時候，我怎么知道我取出來的到底是String類型的，還是Object類型的呢？
所以，要格外注意泛型中引用傳遞問題。

2、泛型類型變量不能是基本數(shù)據(jù)類型

就比如，沒有ArrayList<double>，只有ArrayList<Double>。因為當類型擦除后，ArrayList的原始類中的類型變量（T）替換為Object，但Object類型不能存儲double值。

3、運行時類型查詢

舉個例子:

ArrayList<String> arrayList=new ArrayList<String>();    

因為類型擦除之后，ArrayList<String>只剩下原始類型，泛型信息String不存在了。那么，運行時進行類型查詢的時候使用下面的方法是錯誤的

if( arrayList instanceof ArrayList<String>)    
java限定了這種類型查詢的方式，？為通配符，也即非限定符。

if( arrayList instanceof ArrayList<?>)    

4、泛型在靜態(tài)方法和靜態(tài)類中的問題

泛型類中的靜態(tài)方法和靜態(tài)變量不可以使用泛型類所聲明的泛型類型參數(shù)

public class Test2<T> {    
    public static T one;   //編譯錯誤    
    public static  T show(T one){ //編譯錯誤    
        return null;    
    }    
}  

因為泛型類中的泛型參數(shù)的實例化是在定義泛型類型對象（例如ArrayList<Integer>）的時候指定的，而靜態(tài)變量和靜態(tài)方法不需要使用對象來調用。對象都沒有創(chuàng)建，如何確定這個泛型參數(shù)是何種類型，所以當然是錯誤的。

但是要注意區(qū)分下面的一種情況：

public class Test2<T> {    
    public static <T >T show(T one){//這是正確的    
        return null;    
    }    
}  

因為這是一個泛型方法，在泛型方法中使用的T是自己在方法中定義的T，而不是泛型類中的T。

泛型相關面試題

1. Java中的泛型是什么 ? 使用泛型的好處是什么?

泛型是一種參數(shù)化類型的機制。它可以使得代碼適用于各種類型，從而編寫更加通用的代碼，例如集合框架。

泛型是一種編譯時類型確認機制。它提供了編譯期的類型安全，確保在泛型類型（通常為泛型集合）上只能使用正確類型的對象，避免了在運行時出現(xiàn)ClassCastException。

2、Java的泛型是如何工作的 ? 什么是類型擦除 ?

泛型的正常工作是依賴編譯器在編譯源碼的時候，先進行類型檢查，然后進行類型擦除并且在類型參數(shù)出現(xiàn)的地方插入強制轉換的相關指令實現(xiàn)的。

編譯器在編譯時擦除了所有類型相關的信息，所以在運行時不存在任何類型相關的信息。例如List<String>在運行時僅用一個List類型來表示。為什么要進行擦除呢？這是為了避免類型膨脹。

3. 什么是泛型中的限定通配符和非限定通配符 ?

限定通配符對類型進行了限制。有兩種限定通配符，一種是<? extends T>它通過確保類型必須是T的子類來設定類型的上界，另一種是<? super T>它通過確保類型必須是T的父類來設定類型的下界。泛型類型必須用限定內的類型來進行初始化，否則會導致編譯錯誤。另一方面<?>表示了非限定通配符，因為<?>可以用任意類型來替代。

4. List<? extends T>和List <? super T>之間有什么區(qū)別 ?

這和上一個面試題有聯(lián)系，有時面試官會用這個問題來評估你對泛型的理解，而不是直接問你什么是限定通配符和非限定通配符。這兩個List的聲明都是限定通配符的例子，List<? extends T>可以接受任何繼承自T的類型的List，而List<? super T>可以接受任何T的父類構成的List。例如List<? extends Number>可以接受List<Integer>或List<Float>。

5. 如何編寫一個泛型方法，讓它能接受泛型參數(shù)并返回泛型類型?

編寫泛型方法并不困難，你需要用泛型類型來替代原始類型，比如使用T, E or K,V等被廣泛認可的類型占位符。泛型方法的例子請參閱Java集合類框架。最簡單的情況下，一個泛型方法可能會像這樣:

public V put(K key, V value) {
    return cache.put(key, value);
}

6. Java中如何使用泛型編寫帶有參數(shù)的類?

這是上一道面試題的延伸。面試官可能會要求你用泛型編寫一個類型安全的類，而不是編寫一個泛型方法。關鍵仍然是使用泛型類型來代替原始類型，而且要使用JDK中采用的標準占位符。

7. 編寫一段泛型程序來實現(xiàn)LRU緩存?

對于喜歡Java編程的人來說這相當于是一次練習。給你個提示，LinkedHashMap可以用來實現(xiàn)固定大小的LRU緩存，當LRU緩存已經(jīng)滿了的時候，它會把最老的鍵值對移出緩存。LinkedHashMap提供了一個稱為removeEldestEntry()的方法，該方法會被put()和putAll()調用來刪除最老的鍵值對。

8. 你可以把List<String>傳遞給一個接受List<Object>參數(shù)的方法嗎？

對任何一個不太熟悉泛型的人來說，這個Java泛型題目看起來令人疑惑，因為乍看起來String是一種Object，所以List<String>應當可以用在需要List<Object>的地方，但是事實并非如此。真這樣做的話會導致編譯錯誤。如果你再深一步考慮，你會發(fā)現(xiàn)Java這樣做是有意義的，因為List<Object>可以存儲任何類型的對象包括String, Integer等等，而List<String>卻只能用來存儲Strings。

List<Object> objectList;
List<String> stringList;
      
objectList = stringList;  //compilation error incompatible types

9. Array中可以用泛型嗎?

這可能是Java泛型面試題中最簡單的一個了，當然前提是你要知道Array事實上并不支持泛型，這也是為什么Joshua Bloch在Effective Java一書中建議使用List來代替Array，因為List可以提供編譯期的類型安全保證，而Array卻不能。

10. 如何阻止Java中的類型未檢查的警告?

如果你把泛型和原始類型混合起來使用，例如下列代碼，Java 5的javac編譯器會產生類型未檢查的警告
，例如List<String> rawList = new ArrayList()
注意: Hello.java使用了未檢查或稱為不安全的操作;
這種警告可以使用@SuppressWarnings("unchecked")注解來屏蔽。

11、Java中List<Object>和原始類型List之間的區(qū)別?

原始類型和帶參數(shù)類型<Object>之間的主要區(qū)別是，在編譯時編譯器不會對原始類型進行類型安全檢查，卻會對帶參數(shù)的類型進行檢查，通過使用Object作為類型，可以告知編譯器該方法可以接受任何類型的對象，比如String或Integer。這道題的考察點在于對泛型中原始類型的正確理解。它們之間的第二點區(qū)別是，你可以把任何帶參數(shù)的泛型類型傳遞給接受原始類型List的方法，但卻不能把List<String>傳遞給接受List<Object>的方法，因為會產生編譯錯誤。

12、Java中List<?>和List<Object>之間的區(qū)別是什么?

這道題跟上一道題看起來很像，實質上卻完全不同。List<?> 是一個未知類型的List，而List<Object>其實是任意類型的List。你可以把List<String>, List<Integer>賦值給List<?>，卻不能把List<String>賦值給List<Object>。   

List<?> listOfAnyType;
List<Object> listOfObject = new ArrayList<Object>();
List<String> listOfString = new ArrayList<String>();
List<Integer> listOfInteger = new ArrayList<Integer>();
      
listOfAnyType = listOfString; //legal
listOfAnyType = listOfInteger; //legal
listOfObjectType = (List<Object>) listOfString; //compiler error - in-convertible types

13、List<String>和原始類型List之間的區(qū)別.

該題類似于“原始類型和帶參數(shù)類型之間有什么區(qū)別”。帶參數(shù)類型是類型安全的，而且其類型安全是由編譯器保證的，但原始類型List卻不是類型安全的。你不能把String之外的任何其它類型的Object存入String類型的List中，而你可以把任何類型的對象存入原始List中。使用泛型的帶參數(shù)類型你不需要進行類型轉換，但是對于原始類型，你則需要進行顯式的類型轉換。

List listOfRawTypes = new ArrayList();
listOfRawTypes.add("abc");
listOfRawTypes.add(123); //編譯器允許這樣 - 運行時卻會出現(xiàn)異常
String item = (String) listOfRawTypes.get(0); //需要顯式的類型轉換
item = (String) listOfRawTypes.get(1); //拋ClassCastException，因為Integer不能被轉換為String
      
List<String> listOfString = new ArrayList();
listOfString.add("abcd");
listOfString.add(1234); //編譯錯誤，比在運行時拋異常要好
item = listOfString.get(0); //不需要顯式的類型轉換 - 編譯器自動轉換

通配符

通配符上界

常規(guī)使用

public class Test {
    public static void printIntValue(List<? extends Number> list) {
        for (Number number : list) {
            System.out.print(number.intValue()+" "); 
        }
        System.out.println();
    }
    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> integerList=new ArrayList<Integer>();
        integerList.add(2);
        integerList.add(2);
        printIntValue(integerList);
        List<Float> floatList=new ArrayList<Float>();
        floatList.add((float) 3.3);
        floatList.add((float) 0.3);
        printIntValue(floatList);
    }
}

輸出：
2 2 
3 0 

非法使用

public class Test {
    public static void fillNumberList(List<? extends Number> list) {
        list.add(new Integer(0));//編譯錯誤
        list.add(new Float(1.0));//編譯錯誤
    }
    public static void main(String[] args) {
        List<? extends Number> list=new ArrayList();
        list.add(new Integer(1));//編譯錯誤
        list.add(new Float(1.0));//編譯錯誤
    }
}

List<? extends Number>可以代表List<Integer>或List<Float>，為什么不能像其中加入Integer或者Float呢？

首先，我們知道List<Integer>之中只能加入Integer。并且如下代碼是可行的：

        List<? extends Number> list1=new ArrayList<Integer>();
        List<? extends Number> list2=new ArrayList<Float>();

假設前面的例子沒有編譯錯誤，如果我們把list1或者list2傳入方法fillNumberList，顯然都會出現(xiàn)類型不匹配的情況， 假設不成立。
因此，我們得出結論：不能往List<? extends T> 中添加任意對象，除了null。

那為什么對List<? extends T>進行迭代可以呢，因為子類必定有父類相同的接口，這正是我們所期望的。

通配符下界

常規(guī)使用

public class Test {
    public static void fillNumberList(List<? super Number> list) {
        list.add(new Integer(0));
        list.add(new Float(1.0));
    }
    public static void main(String[] args) {
        List<? super Number> list=new ArrayList(); 
        list.add(new Integer(1));
        list.add(new Float(1.1));
    }
}

可以添加Number的任何子類，為什么呢？
List<? super Number>可以代表List<T>，其中T為Number父類，（雖然Number沒有父類）。如果說，T為Number的父類，我們想List<T>中加入Number的子類肯定是可以的。

非法使用

對List<? superT>進行迭代是不允許的。為什么呢？你知道用哪種接口去迭代List嗎？只有用Object類的接口才能保證集合中的元素都擁有該接口，顯然這個意義不大。其應用場景略。

無界通配符

知道了通配符的上界和下界，其實也等同于知道了無界通配符，不加任何修飾即可，單獨一個“？”。如List<?>，“？”可以代表任意類型，“任意”也就是未知類型。
List<Object>與List<?>并不等同，List<Object>是List<?>的子類。還有不能往List<?> list里添加任意對象，除了null。

常規(guī)使用

1、當方法是使用原始的Object類型作為參數(shù)時，如下：

public static void printList(List<Object> list) {
    for (Object elem : list)
        System.out.println(elem + "");
    System.out.println();
}

可以選擇改為如下實現(xiàn)：

public static void printList(List<?> list) {
    for (Object elem: list)
        System.out.print(elem + "");
    System.out.println();
}

這樣就可以兼容更多的輸出，而不單純是List<Object>,如下：

List<Integer> li = Arrays.asList(1, 2, 3);
List<String>  ls = Arrays.asList("one", "two", "three");
printList(li);
printList(ls);

參考：

《Java核心技術 卷一》

http://blog.csdn.net/lonelyroamer/article/details/7868820

http://www.oschina.net/translate/10-interview-questions-on-java-generics

http://www.linuxidc.com/Linux/2013-10/90928.htm

到此這篇關于精通Java泛型的使用與原理的文章就介紹到這了,更多相關Java 泛型內容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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