Java泛型

看JDK源码的时候发现好多地方都在使用泛型,但是平常项目开发过程中很少使用到泛型,鉴于自己对泛型也一知半解,所以趁这个机会系统的学习一遍

什么是泛型

泛型即参数化类型,就是声明的类型参数在使用的时候用具体的类型参数来替换。

为什么使用泛型

使用泛型的好处:例如,定义一个泛型类型的方法,可以处理String,Integer类型的参数而不用针对每种参数都实现一个方法
总所周知Object类是所有类的超类,那么为什么不定义一个参数类型是Object的方法呢,这样方法也可以处理String,Integer类型的参数?
参考如下代码,实例化一个Student类的对象并放入定义为List<Object>的列表中,但是取值的时候编译报错,必须通过强类型转换来进行赋值


generic.png

这种强制类型转换是不安全的转换方式,例如,在list中分别放入了String和Integer类型的参数,但是取值的时候将String类型的参数强制转换成Integer类型就会报错抛异常。
所以通过Object类型的引用变量引用所有类型的对象不具有安全性,泛型可以扩展了重用代码的能力,并且可以安全、容易的重用代码。

泛型类

定义一个泛型类Gen:

package com.victor.technology.generic;

public class Gen<T>
{
    private T ob;

    public Gen(T ob)
    {
        this.ob = ob;
    }
    
    public T getob()
    {
        return this.ob;
    }
    
    public void showType()
    {
        System.out.println("The type of T is: " + ob.getClass().getName());
    }
    
    public void showValue()
    {
        System.out.println("The value of ob is: " + ob);
    }
}

定义一个测试类:

package com.victor.technology.generic;

public class GenericTest
{

    public static void main(String[] args)
    {
        Gen<Integer> iob = new Gen<Integer>(88);
        iob.showType();
        iob.showValue();
        Gen<String> strob = new Gen<String>("Generic Test");
        strob.showType();
        strob.showValue();
    }
}

执行结果如下:

The type of T is: java.lang.Integer
The value of ob is: 88
The type of T is: java.lang.String
The value of ob is: Generic Test

1.泛型只能使用封装类型
如下声明是错误非法的:

Gen<int> iob = new Gen<int>(88);

2.基于不同类型参数的泛型参数是不同的
如下写法也是错误的:

iob = strob

虽然iob和strob都是Gen<T>类型,但它们是不同的类型引用,因为参数类型不同
3.泛型提升类型安全性
使用泛型可以将运行时错误转换成编译时错误,这是泛型的主要优势

有界类型

可以再具体的限定一下泛型T的类型,主要有两种形式:
1.T extends MyClass
例如 Class Gen<T extends MyClass & MyInterface>{// ...
通过类MyClass和接口MyInterface对T进行了限制,因此,所有传递给T的类型参数都必须继承MyClass类和实现MyInterface接口
2.T super MyCalss
例如 Class Gen<T super MyClass>{// ...
所有传递给T的类型参数都必须属于MyClass类的超类

使用通配符参数

在泛型中,?表示通配符,代表位置类型。<? extends Object>表示上边界限定通配符,<? super Object>表示下边界限定通配符。
?与T的区别:
T:作用在模板上,用于将数据类型进行参数化,不能用于实例化对象
?:不能用在模板上,在实例化对象的时候,不确定泛型参数的具体类型时,可以使用通配符进行对象定义
例如,实例化泛型对象,我们不能够确定eList存储的数据类型是Integer还是Long,因此我们使用List<? extends Number>定义变量的类型:

List<? extends Number> list = null;
list = new ArrayList<Integer>();
list = new ArrayList<Long>();

泛型方法

泛型类,是在实例化类的时候指明泛型的具体类型;泛型方法,是在调用方法的时候指明泛型的具体类型 。
泛型方法的定义:

public <T> T getValue(T ob)
{
    ...
}

其中<T>是方法的泛型参数声明
1.泛型方法的基本用法
定义一个泛型方法getValue()并使用:

package com.victor.technology.generic;

public class GenericTest
{

    public static void main(String[] args)
    {
        GenericTest gen = new GenericTest();
        System.out.println(gen.getValue(5));
        System.out.println(gen.getValue("Generic test"));
    }
    
    public <T> T getValue(T t)
    {
        return t;
    }
}

执行结果:

5
Generic test

2.类中的泛型方法
定义如下泛型类:

package com.victor.technology.generic;

public class Gen<T>
{
    private T ob;

    public Gen(T ob)
    {
        this.ob = ob;
    }
    
    public T getob()
    {
        return this.ob;
    }
    
    public <E> void getValue(E t)
    {
        //...
    }

    public <T> void showResult(T t)
    {
        //...
    }
}

getValue:在泛型类中声明了一个泛型方法,使用泛型E,这种泛型E可以为任意类型。可以类型与T相同,也可以不同。由于泛型方法在声明的时候会声明泛型<E>,因此即使在泛型类中并未声明泛型,编译器也能够正确识别泛型方法中识别的泛型。
showResult:在泛型类中声明了一个泛型方法,使用泛型T,注意这个T是一种全新的类型,可以与泛型类中声明的T不是同一种类型。
3.泛型方法与可变参数
定义printMsg方法,该方法接收可变参数:

package com.victor.technology.generic;

public class GenericTest
{
    public static void main(String[] args)
    {
        GenericTest gen = new GenericTest();
        gen.printMsg("111", 222, "aaaa", "2323.4", 55.55);
    }

    public <T> void printMsg(T... args)
    {
        for (T t : args)
        {
            System.out.println(t);
        }
    }
}

4.静态方法与泛型
1.静态方法无法访问类上定义的泛型,否则会报错


static_method.png

2.静态方法跟普通方法一样,需要使用泛型的话,必须将静态方法也定义成泛型方法。

泛型接口

定义泛型接口:

package com.victor.technology.generic;

public interface Generic<T>
{
    public T getValue();
}

使用例子:

public class GenericTest implements Generic<String>
{
    //...
}

类型擦除

类型擦除的概念

类型擦除(Type Erasure): Java中的泛型基本上是在编译期这个层次来实现的,在生成的Java字节码中是不包含泛型中的类型信息。使用泛型的时候加上的类型参数会被编译器在编译的时候去掉,这个过程就被称为类型擦除。
例如,List<String>和List<Integer>经过擦除编译后都是List.class

package com.victor.technology.generic;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class GenericTest
{
    public static void main(String[] args)
    {
        List<String> strList = new ArrayList<String>();
        List<Integer> intList = new ArrayList<Integer>();
        System.out.println(strList.getClass());
        System.out.println(strList.getClass() == intList.getClass());
    }
}

执行结果如下:

class java.util.ArrayList
true

List<String>、List<T> 擦除后的类型为 List
List<String>[]、List<T>[] 擦除后的类型为 List[]
List<? extends E>、List<? super E> 擦除后的类型为 List<E>
List<T extends Serialzable & Cloneable> 擦除后类型为 List<Serializable>

类型擦除的原因

为什么使用类型擦除这种伪泛型?主要是为了兼容之前的版本,如果把在运行期实现泛型,JVM需要大换血改动量太大

类型擦除的影响

1.泛型不支持协变
数组是支持协变的,即Object[] arr = new Integer[5];语法是正确的,但是List<Object> list = new ArrayList<Integer>();会有编译错误。
这是因为每个数组在运行时都知道它的确切类型,而泛型由于类型擦除机制不能明确具体的参数类型从而可能导致ClassCastException
假如List<Object> list = new ArrayList<Integer>();是正确的,list可以add整数和字符串,在调用get方法的时候就不知道它具体是哪个类型然后就要使用强转换,如果将String强转换为Integer就会抛异常。
2.不能实例化泛型
实例化类型参数的时候报错,如下:


cannot_instance.png

使用instanceof的时候也报错:


cannot_instanceof.png

3.对数组的限制
首先不能创建元素类型为类型参数的数组,其次不能创建特定类型的泛型引用数组。
即在泛型类中new T[]是会报错的,因为编译器无法知道具体创建成什么类型的数组
其次List<Integer>[] list = new ArrayList<Integer>[]也是会报错的,因为List<Integer>在JVM中等同于List<Object>擦除之后程序无法区分一个数组接收的是Integer类型还是String类型的元素。
4.泛型可以被绕过
因为泛型在编译器会被擦除,所以可以在运行期通过反射绕过泛型。
例如定义一个只接收String的列表List<String> list = new ArrayList<String>(),经过编译之后列表变为List,然后通过反射就可以添加Integer类型的元素了

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