Java泛型的那些事

1.泛型概述 1.1.为什么使用泛型
没有泛型,在编写代码时只能使用具体类型或Object类型,无法做到使用者想要使用什么类型就是类型。比如:创建一个方法,形参需要指定需要使用的数据类型,在创建方法之初就已经决定了该方法可以处理的数据类型,这大大限制了编程的灵活性。正因如此,才出现了在使用时才决定具体类型是什么的泛型编程。
1.2.泛型是什么
泛:广泛、普遍,非具体的东西,泛型就是定义之初用符号表示不具体的类型,在使用的时候才动态地指定具体的类型。更应该明白这种泛型编程设计思想,使用泛型带来的好处是代码更加简洁、更加灵活、使程序更加健壮(编译期没警告,运行期不会出现类强转异常--ClassCastException)。
2.泛型接口、类、方法 泛型允许在定义接口、类、方法时使用,将在声明变量、创建对象、调用方法时动态地指定。
2.1.泛型接口
定义泛型接口:比如集合中的List接口

// 定义接口时指定泛型:E,E类型在接口中就可以作为类型使用 public interface List extends Collection{ …… boolean add(E e); Iterator iterator(); …… } // 定义接口时指定泛型:K 和 V,K和V类型在接口中就可以作为类型使用 public interface Map{ …… Set keySet(); Collection values(); Set> entrySet(); …… }

使用泛型接口:List接口的泛型类型E,在使用时指定为具体类型String
public static void main(String[] args) { List list = new ArrayList<>(); // 指定泛型类型E=String list.add("我只认识字符串"); //boolean add(E e); 等价于boolean add(String e); Iterator iterator = list.iterator(); //Iterator iterator(); while (iterator.hasNext()){ String next = iterator.next(); //不需要强转为String System.out.println(next); } }

关于泛型接口Map 集合怎么用,就自行编写感受下。
2.2.泛型类
普通泛型类
定义泛型类
public class DemoFx { private D dd; public D getDd(){ return this.dd; } public void setDd(D dd){ this.dd = dd; } }

使用泛型类
public static void main(String[] args) { DemoFx stringDemoFx = new DemoFx<>(); stringDemoFx.setDd("我是字符串类型"); System.out.println(stringDemoFx.getDd()); }

泛型类的继承与实现
定义泛型类:以ArrayList 类为例,继承泛型抽象类和实现泛型接口:
public class ArrayList extends AbstractList implements List, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable{ …… public E get(int index) { rangeCheck(index); return elementData(index); } …… }

使用泛型类
public static void main(String[] args) { List list = new ArrayList(); // 指定泛型类型E=String list.add("我只认识字符串"); String s = list.get(0); // 返回值为String }

2.3.泛型方法
定义泛型方法:还是ArrayList案例
public class ArrayList extends AbstractList implements List, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable{ …… public T[] toArray(T[] a) { if (a.length < size) // Make a new array of as runtime type, but my contents: return (T[]) Arrays.copyOf(elementData, size, a.getClass()); System.arraycopy(elementData, 0, a, 0, size); if (a.length > size) a[size] = null; return a; } …… }

使用泛型方法:public T[] toArray(T[] a)
public static void main(String[] args) { List list = new ArrayList(); list.add("s1"); list.add("s2"); list.add("sn"); // public T[] toArray(T[] a) String[] strings = list.toArray(new String[list.size()]); System.out.println(Arrays.asList(strings)); }

3.类型通配符 3.1.使用类型通配符
通配符表示符号是问号,它是未知类型,可以匹配任何类型,也称为无界通配符。
对比”通配符“和”泛型“创建的方法
// 通配符定义 public void foreach(List list){ for (int i =0 ; i void foreach2(List list){ for(T t : list){ System.out.println(t.toString()); } } // 使用 public static void main(String[] args) { List list = new ArrayList(); list.add("s1"); list.add("s2"); list.add("sn"); Demo demo = new Demo(); demo.foreach(list); // 通配符 demo.foreach2(list); // 泛型 }

通配符和泛型都可以实现相同的效果,并且泛型方法还可以使用本身定义的泛型类型,而通配符的”?“不可以当作数据类型来使用,所以通配符方法案例中只能用Object来接收list的元素,这也是通配符的缺点:无法确定未知类型是什么类型。
所以通配符的出现到底有什么用呢?
通配符为泛型的一种特例,无需定义既可在形参中使用的未知类型。
泛型和通配符的区别
  • Java编译器把泛型【T】推断成T类型,在代码块中允许出现 T类型变量;而把通配符【?】推断成未知类型,不存在 ?类型变量;
  • Class需要依赖于T,需要在方法声明时指定,而Class则不需要;
这样可能更好理解泛型和通配符:泛型 强调的是类型,通配符 强调的是符号。
Class 表示任意类型,但又不等同于Class,前者在类型不匹配的情况下只能够插入null,但是后者可以插入Object或任何Object对象的子类。
例如:不能往List list里添加任意类型的对象,除了null
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3.2.类型上限
通配符上限: ,通配符【?】的上限是Demo类型,既是 的范围是Demo或其子类类型。
泛型上限: ,和通配符理解一样。类型上限如图
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案例:
创建三个类DemoFather、Demo、DemoChildren,关系如上图
public class DemoTest {public static void main(String[] args) { List demoChildrens = new ArrayList<>(); demoChildrens.add(new DemoChildren()); demoChildrens.add(new DemoChildren()); DemoTest test = new DemoTest(); test.testDemo(demoChildrens); // 通配符 test.testDemo2(demoChildrens); // 泛型}// 通配符上限:控制list 集合允许的类型范围为Demo或其子类 public void testDemo(List list){ // 若无上限,这里只能用Object类型代替Demo类型 for (Demo demo : list){ System.out.println(demo.toString()); } }// 泛型上限:控制list 集合允许的类型范围为Demo或其子类 public void testDemo2(List list){ for (T t : list){ System.out.println(t.toString()); } // or for(Demo demo:list){ System.out.println(demo.toString()); } }}

泛型的上限是在定义时确定上限;通配符直接在形参上确定上限。其实都很好理解,类型上限就是在一般写法的基础上加入范围“上限”,既是 extends xxx。
源码的一些例子
// 接口泛型上限 public interface ObservableArray> extends Observable {……} // 抽象类泛型上限 public abstract class ArrayListenerHelper> extends ExpressionHelperBase {……} public abstract class CellBehaviorBase extends BehaviorBase {……} // 方法泛型上限 public static ReadOnlyLongProperty readOnlyLongProperty(final ReadOnlyProperty property) {……} // 通配符上限 void putAll(Map m);

3.3.类型下限
通配符下限: ,通配符【?】的下限是Demo类型,既是 的范围是Demo的父类类型。
泛型下限:无。主要是因为类型下限会令人困惑并且不是特别有用。为什么类型参数没有下限的一些解释:http://www.angelikalanger.com/GenericsFAQ/FAQSections/TypeParameters.html#FAQ107
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public static void main(String[] args) { Demo demo = new Demo(); List demos = new ArrayList<>(); demos.add(demo); DemoTest test = new DemoTest(); test.testSuper(demos); DemoFather demoFather = new DemoFather(); List demoFathers = new ArrayList<>(); demoFathers.add(demoFather); DemoTest test2 = new DemoTest(); test2.testSuper(demoFathers); }public void testSuper(List list){ // 虽然有下限,但无法直接使用Demo类型接收参数 for (Object obj : list){ System.out.println(obj.toString()); } }

虽然有下限,但无法直接使用Demo类型接收参数。这就像“向上转型”和“向下转型”,向上转型是自动的,向下转型需要强转;类型上限可以使用最大类型(父类)接收比它小的类型(子类),类型下限不可以使用最小类型(子类)接受可能比它大的类型(父类)。
源码的一些例子
public class ArrayList extends AbstractList implements List, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable { …… public void sort(Comparator c) { final int expectedModCount = modCount; Arrays.sort((E[]) elementData, 0, size, c); if (modCount != expectedModCount) { throw new ConcurrentModificationException(); } modCount++; } }public class Arrays { public static void sort(T[] a, int fromIndex, int toIndex, Comparator c) { if (c == null) { sort(a, fromIndex, toIndex); } else { rangeCheck(a.length, fromIndex, toIndex); if (LegacyMergeSort.userRequested) legacyMergeSort(a, fromIndex, toIndex, c); else TimSort.sort(a, fromIndex, toIndex, c, null, 0, 0); } } }

关于泛型字母E、K、V、T是什么?
  • E表示Element,
  • K表示Key,
  • V表示Value,
  • T表示Type,
  • N表示Number,
  • ? 表示 未知类型
除了【?】,其他泛型符号你写成字符串都可以,但要注意可读性,一般都是使用单个大写字母表示,不然代码反而不简洁、不易阅读。
4.泛型实现原理--类型擦除 把一个具有泛型信息的对象 赋给 另一个没有泛型信息的变量引用,类型信息都将被擦除。
案例一:不指定泛型上限,类型擦除后为Object
public static void main(String[] args) { // 定义集合泛型E = String List stringArrayList = new ArrayList<>(); stringArrayList.add("test1"); // 获取到的类型为:String String s = stringArrayList.get(0); // 把带有泛型信息的stringArrayList 对象赋给不确定泛型的List List listObject = stringArrayList; // listObject 只知道get的类型为Object,而不是String Object obj = listObject.get(0); }

案例二:指定泛型上限,类型擦除后为上限的类型
public class DemoFather {} public class Demo extends DemoFather{} public class DemoChildren { private T t; public T getT(){ return this.t; } public void setT(T t){ this.t= t; } } // 测试public class DemoTest { public static void main(String[] args) { //class DemoChildren,指定泛型T=Demo类型 DemoChildren demoChildren = new DemoChildren(); // 拿到的方法类型确实是T=Demo类型 Demo demo = demoChildren.getT(); // 把带有泛型信息的 demoChildren 对象赋给不确定泛型的demoChildren2 DemoChildren demoChildren2 =demoChildren; // 再来获取方法的类型时,变为了上限的DemoFather类型 DemoFather demoFather = demoChildren2.getT(); } }

结论:
“ 指定泛型上限时,类型擦除后为上限的类型;反之是Object类型,因为Java中所有类都默认继承了Object类。
所以案例二的泛型类在编译阶段是长这样的
public class DemoChildren { private DemoFather t; public DemoFather getT(){ return this.t; } public void setT(DemoFather t){ this.t= t; } } // 原来的泛型类,对比一下 public class DemoChildren { private T t; public T getT(){ return this.t; } public void setT(T t){ this.t= t; } }

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