带你了解编程语言Java的 泛型全解

对于java的泛型我一直属于一知半解的，平常真心用的不多。直到阅读《Effect Java》,看到很多平常不了解的用法，才下定决心，需要系统的学习，并且记录下来。

1、泛型的概述：

1.1 泛型的由来

根据《java编程思想》中的描述，泛型出现的动机：

有很多原因促成了泛型的出现，而最引人注意的一个原因，就是为了创建容器类。

泛型的思想很早就存在，如C++中的模板(Templates)。模板的精神：参数化类型

1.2 基本概述

• 泛型的本质就是"参数化类型"。一提到参数，最熟悉的就是定义方法的时候需要形参，调用方法的时候，需要传递实参。那"参数化类型"就是将原来具体的类型参数化
• 泛型的出现避免了强转的操作，在编译器完成类型转化，也就避免了运行的错误。

1.3 泛型的目的

Java泛型也是一种语法糖，在编译阶段完成类型的转换的工作，避免在运行时强制类型转换而出现ClassCastException,类型转化异常。

1.4 实例

JDk 1.5时增加了泛型，在很大的程度上方便在集合上的使用。

不使用泛型：

1. public static void main(String[] args) { 
2.  List list = new ArrayList(); 
3.  list.add(11); 
4.  list.add("ssss"); 
5.  for (int i = 0; i < list.size(); i++) { 
6.  System.out.println((String)list.get(i)); 
7.  } 
8.  } 

因为list类型是Object。所以int,String类型的数据都是可以放入的，也是都可以取出的。但是上述的代码，运行的时候就会抛出类型转化异常，这个相信大家都能明白。

使用泛型：

1. public static void main(String[] args) { 
2.  List list = new ArrayList(); 
3.  list.add("hahah"); 
4.  list.add("ssss"); 
5.  for (int i = 0; i < list.size(); i++) { 
6.  System.out.println((String)list.get(i)); 
7.  } 
8.  } 

在上述的实例中，我们只能添加String类型的数据，否则编译器会报错。

2、泛型的使用

泛型的三种使用方式：泛型类，泛型方法，泛型接口

2.1 泛型类

泛型类概述：把泛型定义在类上

定义格式：

1. public class 类名 <泛型类型1,...> { 
2.   
3. } 

注意事项：泛型类型必须是引用类型(非基本数据类型)

2.2 泛型方法

泛型方法概述：把泛型定义在方法上

定义格式：

public <泛型类型> 返回类型 方法名(泛型类型 变量名) { }

注意要点：

方法声明中定义的形参只能在该方法里使用，而接口、类声明中定义的类型形参则可以在整个接口、类中使用。当调用fun()方法时，根据传入的实际对象，编译器就会判断出类型形参T所代表的实际类型。

1. class Demo{  
2.  public  T fun(T t){ // 可以接收任意类型的数据  
3.  return t ; // 直接把参数返回  
4.  }  
5. };  
6. public class GenericsDemo26{  
7.  public static void main(String args[]){  
8.  Demo d = new Demo() ; // 实例化Demo对象  
9.  String str = d.fun("汤姆") ; // 传递字符串  
10.  int i = d.fun(30) ; // 传递数字，自动装箱  
11.  System.out.println(str) ; // 输出内容  
12.  System.out.println(i) ; // 输出内容  
13.  }  
14. }; 

2.3 泛型接口

泛型接口概述：把泛型定义在接口

定义格式：

1. public interface 接口名<泛型类型> { 
2.   
3. } 

实例：

1. /** 
2.  * 泛型接口的定义格式: 修饰符 interface 接口名<数据类型> {} 
3.  */ 
4. public interface Inter { 
5.  public abstract void show(T t) ; 
6. } 
7. /** 
8.  * 子类是泛型类 
9.  */ 
10. public class InterImpl implements Inter { 
11.  @Override 
12.  public void show(E t) { 
13.  System.out.println(t); 
14.  } 
15. } 
16. Inter inter = new InterImpl() ; 
17. inter.show("hello") ; 

2.4 源码中泛型的使用，下面是List接口和ArrayList类的代码片段。

1. //定义接口时指定了一个类型形参，该形参名为E 
2. public interface List extends Collection { 
3.  //在该接口里，E可以作为类型使用 
4.  public E get(int index) {} 
5.  public void add(E e) {}  
6. } 
7. //定义类时指定了一个类型形参，该形参名为E 
8. public class ArrayList extends AbstractList implements List { 
9.  //在该类里，E可以作为类型使用 
10.  public void set(E e) { 
11.  ....................... 
12.  } 
13. } 

2.5 泛型类派生子类

父类派生子类的时候不能在包含类型形参，需要传入具体的类型

错误的方式：

1. public class A extends Container {} 

正确的方式：

1. public class A extends Container {} 

也可以不指定具体的类型，系统就会把K,V形参当成Object类型处理

1. public class A extends Container {} 

2.6 泛型构造器

构造器也是一种方法，所以也就产生了所谓的泛型构造器。

和使用普通方法一样没有区别，一种是显示指定泛型参数，另一种是隐式推断

1. public class Person { 
2.  public  Person(T t) { 
3.  System.out.println(t); 
4.  } 
5.   
6. } 

使用：

1. public static void main(String[] args) { 
2.  new Person(22);// 隐式 
3.  new  Person("hello");//显示 
4. } 

特殊说明：

如果构造器是泛型构造器，同时该类也是一个泛型类的情况下应该如何使用泛型构造器：因为泛型构造器可以显式指定自己的类型参数(需要用到菱形，放在构造器之前)，而泛型类自己的类型实参也需要指定(菱形放在构造器之后)，这就同时出现了两个菱形了，这就会有一些小问题，具体用法再这里总结一下。 以下面这个例子为代表

1. public class Person { 
2.  public  Person(T t) { 
3.  System.out.println(t); 
4.  } 
5. } 

正确用法：

1. public static void main(String[] args) { 
2.  Person person = new Person("sss"); 
3. } 

PS：编译器会提醒你怎么做的

2.7 高级通配符

2.7.1背景：

2.7.2 上界通配符

上界通配符顾名思义，表示的是类型的上界【包含自身】，因此通配的参数化类型可能是T或T的子类。

正因为无法确定具体的类型是什么，add方法受限(可以添加null，因为null表示任何类型)，但可以从列表中获取元素后赋值给父类型。如上图中的第一个例子，第三个add()操作会受限，原因在于List和List是List的子类型。

它表示集合中的所有元素都是Animal类型或者其子类 List

这就是所谓的上限通配符，使用关键字extends来实现，实例化时，指定类型实参只能是extends后类型的子类或其本身。

例如：

这样就确定集合中元素的类型，虽然不确定具体的类型，但最起码知道其父类。然后进行其他操作。

1. 它表示集合中的所有元素都是Animal类型或者其子类 
2.  List 

2.7.3 下界通配符

下界通配符表示的是参数化类型是T的超类型(包含自身)，层层至上，直至Object

编译器无从判断get()返回的对象的类型是什么，因此get()方法受限。但是可以进行add()方法，add()方法可以添加T类型和T类型的子类型，如第二个例子中首先添加了一个Cat类型对象，然后添加了两个Cat子类类型的对象，这种方法是可行的，但是如果添加一个Animal类型的对象，显然将继承的关系弄反了，是不可行的。

它表示集合中的所有元素都是Cat类型或者其父类 List

这就是所谓的下限通配符，使用关键字super来实现，实例化时，指定类型实参只能是extends后类型的子类或其本身

例如

1. //Animal是其父类 
2. List list = new ArrayList(); 

2.7.4 无界通配符

任意类型，如果没有明确，那么就是Object以及任意的Java类了

无界通配符用表示，?代表了任何的一种类型，能代表任何一种类型的只有null(Object本身也算是一种类型，但却不能代表任何一种类型，所以List和List的含义是不同的，前者类型是Object，也就是继承树的最上层，而后者的类型完全是未知的)

3、泛型擦除

3.1 概念

编译器编译带类型说明的集合时会去掉类型信息

3.2 验证实例：

1. public class GenericTest { 
2.  public static void main(String[] args) { 
3.  new GenericTest().testType(); 
4.  } 
5.  public void testType(){ 
6.  ArrayList<Integer> collection1 = new ArrayList<Integer>(); 
7.  ArrayList collection2= new ArrayList(); 
8.   
9.  System.out.println(collection1.getClass()==collection2.getClass()); 
10.  //两者class类型一样,即字节码一致 
11.   
12.  System.out.println(collection2.getClass().getName()); 
13.  //class均为java.util.ArrayList,并无实际类型参数信息 
14.  } 
15. } 

输出结果：

1. true 
2. java.util.ArrayList 

分析：

这是因为不管为泛型的类型形参传入哪一种类型实参，对于Java来说，它们依然被当成同一类处理，在内存中也只占用一块内存空间。从Java泛型这一概念提出的目的来看，其只是作用于代码编译阶段，在编译过程中，对于正确检验泛型结果后，会将泛型的相关信息擦出，也就是说，成功编译过后的class文件中是不包含任何泛型信息的。泛型信息不会进入到运行时阶段。

在静态方法、静态初始化块或者静态变量的声明和初始化中不允许使用类型形参。由于系统中并不会真正生成泛型类，所以instanceof运算符后不能使用泛型类

4、泛型与反射

把泛型变量当成方法的参数，利用Method类的getGenericParameterTypes方法来获取泛型的实际类型参数

例子：

1. public class GenericTest { 
2.  public static void main(String[] args) throws Exception { 
3.  getParamType(); 
4.  } 
5.   
6.  /*利用反射获取方法参数的实际参数类型*/ 
7.  public static void getParamType() throws NoSuchMethodException{ 
8.  Method method = GenericTest.class.getMethod("applyMap",Map.class); 
9.  //获取方法的泛型参数的类型 
10.  Type[] types = method.getGenericParameterTypes(); 
11.  System.out.println(types[0]); 
12.  //参数化的类型 
13.  ParameterizedType pType = (ParameterizedType)types[0]; 
14.  //原始类型 
15.  System.out.println(pType.getRawType()); 
16.  //实际类型参数 
17.  System.out.println(pType.getActualTypeArguments()[0]); 
18.  System.out.println(pType.getActualTypeArguments()[1]); 
19.  } 
20.  /*供测试参数类型的方法*/ 
21.  public static void applyMap(Map<Integer,String> map){ 
22.  } 
23. } 

输出结果：

1. java.util.MapInteger, java.lang.String> 
2. interface java.util.Map 
3. class java.lang.Integer 
4. class java.lang.String 

通过反射绕开编译器对泛型的类型限制

1. public static void main(String[] args) throws Exception { 
2.         //定义一个包含int的链表 
3.         ArrayList<Integer> al = new ArrayList<Integer>(); 
4.         al.add(1); 
5.         al.add(2); 
6.         //获取链表的add方法，注意这里是Object.class，如果写int.class会抛出NoSuchMethodException异常 
7.         Method m = al.getClass().getMethod("add", Object.class); 
8.         //调用反射中的add方法加入一个string类型的元素，因为add方法的实际参数是Object 
9.         m.invoke(al, "hello"); 
10.         System.out.println(al.get(2)); 
11.     } 

5 泛型的限制

5.1 模糊性错误

对于泛型类User

1. public class User { 
2.   
3.  public void show(K k) { // 报错信息：'show(K)' clashes with 'show(V)'; both methods have same erasure 
4.   
5.  } 
6.  public void show(V t) { 
7.  } 
8. } 

由于泛型擦除，二者本质上都是Obejct类型。方法是一样的，所以编译器会报错。

换一个方式：

1. public class User { 
2.  public void show(String k) { 
3.  } 
4.  public void show(V t) { 
5.  } 
6. } 

使用结果：

可以正常的使用5.2 不能实例化类型参数

编译器也不知道该创建那种类型的对象

1. public class User { 
2.  private K key = new K(); // 报错：Type parameter 'K' cannot be instantiated directly 
3. } 

5.3 对静态成员的限制

静态方法无法访问类上定义的泛型;如果静态方法操作的类型不确定，必须要将泛型定义在方法上。

如果静态方法要使用泛型的话，必须将静态方法定义成泛型方法。

1. public class User { 
2.  //错误 
3.  private static T t; 
4.  //错误 
5.  public static T getT() { 
6.  return t; 
7.  } 
8.  //正确 
9.  public static  void test(K k) { 
10.  } 
11. } 

5.4 对泛型数组的限制

不能实例化元素类型为类型参数的数组，但是可以将数组指向类型兼容的数组的引用

1. public class User { 
2.  private T[] values; 
3.  public User(T[] values) { 
4.  //错误，不能实例化元素类型为类型参数的数组 
5.  this.values = new T[5]; 
6.  //正确，可以将values 指向类型兼容的数组的引用 
7.  this.values = values; 
8.  } 
9. } 

5.5 对泛型异常的限制

泛型类不能扩展 Throwable，意味着不能创建泛型异常类