一、泛型的概念
泛型是 Java SE5 出现的新特性，泛型的本质是类型参数化或参数化类型，在不创建新的类型的情况下，通过泛型指定的不同类型来控制形参具体限制的类型。
二、泛型的意义
一般的类和方法，只能使用具体的类型：要么是基本类型，要么是自定义的类。如果要编写可以应用于多种类型的代码，这种刻板的限制对代码的束缚就会很大。
Java 在引入泛型之前，表示可变对象，通常使用 Object 来实现，但是在进行类型强制转换时存在安全风险。有了泛型后：
- 编译期间确定类型，保证类型安全，放的是什么，取的也是什么，不用担心抛出 ClassCastException 异常。
- 提升可读性，从编码阶段就显式地知道泛型集合、泛型方法等处理的对象类型是什么。
- 泛型合并了同类型的处理代码提高代码的重用率，增加程序的通用灵活性。
举个例子：
public static void method1() {
List list = new ArrayList();
List.add(22);
List.add("hncboy");
List.add(new Object());
for (Object o : list) {
System.out.println(o.getClass());
}
}
未使用泛型前，我们对集合可以进行任意类型的 add 操作，遍历结果都被转换成 Object 类型，因为不确定集合里存放的具体类型，输出结果如下所示。
class java.lang.Integer
class java.lang.String
class java.lang.Object
采用泛型之后，创建集合对象可以明确的指定类型，在编译期间就确定了该集合存储的类型，存储其他类型的对象编译器会报错。这时遍历集合就可以直接采用明确的 String 类型输出。
public static void method2() {
List<String> list = new ArrayList();
list.add("22");
list.add("hncboy");
//list.add(new Object()); 报错
for (String s : arrayList) {
System.out.println(s);
}
}
三、泛型的表示
泛型可以定义在类、接口、方法中，分别表示为泛型类、泛型接口、泛型方法。泛型的使用需要先声明，声明通过**<符号>的方式，符号可以任意，编译器通过识别尖括号和尖括号内的字母来解析泛型。泛型的类型只能为类，不能为基本数据类型。尖括号的位置也是固定的，只能在类名之后或方法返回值之前**。
一般泛型有约定的符号：E 代表 Element，<E> 通常在集合中使用；T 代表 Type，<T >通常用于表示类；K 代表 Key，V 代表 Value，<K, V> 通常用于键值对的表示；? 代表泛型通配符。
泛型的表达式有如下几种：
- 普通符号 <T>
- 无边界通配符 <?>
- 上界通配符 <? extends E> 父类是 E
- 下界通配符 <? super E> 是 E 的父类
四、泛型的使用
4.1 泛型类
将泛型定义在类名后，使得用户在使用该类时，根据不同情况传入不同类型。在类上定义的泛型，在实例方法中可以直接使用，不需要定义，但是静态方法上的泛型需要在静态方法上声明，不能直接使用。举个例子：
public class Test<T> {
private T data;
public T getData() {
return data;
}
/** 这种写法是错误的，提示 T 未定义 */
/*public static T get() {
return null;
}*/
/** 正确写法，该方法上的 T 和类上的 T 虽然一样，但是是两个指代，可以完全相同，互不影响 */
public static <T> T get() {
return null;
}
public void setData(T data) {
this.data = data;
}
}
4.2 泛型方法
泛型方法，是在调用方法时指明的具体的泛型类型。虽然类上定义的泛型，实例方法中可以直接使用，但是该方法不属于泛型方法。举个例子：get 方法为泛型方法，而且该程序能编译通过运行，因为尖括号里的每个元素都指代一种未知类型，可以为任何符号，尖括号里的 String 并非 java.lang.String 类型，而是作为泛型标识 <String>，传入的 first 为 Integer 类型，所以该 String 标识符也指代 Integer 类型，返回值自然也是 Integer 类型。不过，应该也不会用这种泛型符号定义在实际情况中。
public class Test {
public static <String, T, Hncboy> String get(String string, Hncboy hncboy) {
return string;
}
public static void main(String[] args) {
Integer first = 666;
Double second = 888.0;
Integer result = get(first, second);
System.out.println(result);
}
}
4.3 泛型通配符
? 为泛型非限定通配符，表示类型未知，不用声明，可以匹配任意的类。该通配符只能读，不能写，且不对返回值进行操作。也可以将非限定通配符出现的地方用普通泛型标识，不过使用通配符更简洁。举个例子：
test1() 是通过通配符来输出集合的每一个元素的，test2() 和 test1() 的作用一样，只不过将通配符用 <T> 来代替了；test3() 用来演示集合在通配符的情况下写操作，发现编译器报错，int 和 String 都不属于 ? 类型，当然放不进集合，因为所有类都有 null 元素，所以可以放进集合。比如主函数传的是 List<Double>，而想要在集合里添加一个 String，这是不可能的；test4() 的写法也是错的，? 是不确定，返回值返回不了；test5() 的用法使用来比较 List<Object> 和 List<?> 的，在主函数里调用 test5(list) 报错的，显示 java: 不兼容的类型: java.util.List<java.lang.Integer>无法转换为java.util.List<java.lang.Object>，因为 List<Integer> 不是 List<Object> 的子类。
public class Test {
public static void test1(List<?> list) {
for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
System.out.println(list.get(i));
}
}
public static <T> void test2(List<T> list) {
for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
System.out.println(list.get(i));
}
}
public static void test3(List<?> list) {
//list.add(1); capture of ?
//list.add("1"); capture of ?
list.add(null);
}
/*public static ? test4(List<?> list) {
return null;
}*/
public static void test5(List<Object> list) {
for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
System.out.println(list.get(i));
}
}
public static void main(String[] args) {
List<Integer> list = new ArrayList<>();
list.add(1);
list.add(2);
list.add(3);
test1(list);
test2(list);
//test5(list);
}
}
通过使用泛型通配符可以实现泛型的上下边界 <? extend T> 和 <? super T>，下面将使用 Number 类以及该类的子类来演示这两种上下型边界，Number 类的关系图如下。
<? extends Number> 表示类型为 Number 或 Number 的子类，<? super Integer> 表示类型为 Integer 或 Integer 的父类，举个例子，method1 方法测试是上边界 Number，由于 arrayList1 和 arrayList2 的泛型都为 Number 或其子类，所以可以插入成功，而 arrayList3 的类型 String 和 Number 无关，因此编译报错。method2 方法测试的是下边界 Integer，由于 arrayList4，arrayList5 和 arrayList7 种的类型 Integer、Object 和 Number 都为 Integer 的父类，所以插入成功，而 arrayList7 的类型 Double，因此插入失败。
public class Generic {
public static void main(String[] args) {
ArrayList<Integer> arrayList1 = new ArrayList<>();
ArrayList<Number> arrayList2 = new ArrayList<>();
ArrayList<String> arrayList3 = new ArrayList<>();
method1(arrayList1);
method1(arrayList2);
//method1(arrayList3);
ArrayList<Integer> arrayList4 = new ArrayList<>();
ArrayList<Object> arrayList5 = new ArrayList<>();
ArrayList<Number> arrayList6 = new ArrayList<>();
ArrayList<Double> arrayList7 = new ArrayList<>();
method2(arrayList4);
method2(arrayList5);
method2(arrayList6);
//method2(arrayList7)
}
public static void method1(ArrayList<? extends Number> arrayList) {
}
public static void method2(ArrayList<? super Integer> arrayList) {
}
}
4.4 泛型接口
泛型接口就是在接口上定义的泛型，当一个类型未确定的类实现接口时，需要声明该类型。举个例子：
public interface CalcGeneric<T> {
T add(T num1, T num2);
}
public class CalculatorGeneric<T> implements CalcGeneric<T> {
@Override
public T add(T num1, T num2) {
return null;
}
}
4.5 泛型数组
数组是支持协变的，什么是数组的协变呢？举个例子：这段代码中，数组支持以 1 的方式定义数组，因为 Integer 是 Number 的子类，一个 Integer 对象也是一个 Number 对象，所以一个 Integer 的数组也是一个 Number 的数组，这就是数组的协变。虽然这种写法编译时能通过，但是数组实际上存储的是 Integer 对象，如果加入 Double 对象，那么在运行时就会抛出 ArrayStoreException 异常，该种设计存在缺陷。3 方式所示的定义数组方式编译错误，4 所指示的代码才是正确的。泛型是不变的，没有内建的协变类型，使用泛型的时候，类型信息在编译期会被类型擦除，所以泛型将这种错误检测移到了编译器。泛型的设计目的之一就是保证了类型安全，让这种运行时期的错误在编译期就能发现，所以泛型是不支持协变的，如 5 所示的该行代码会有编译错误，
public class Test {
public static void main(String[] args) {
Number[] numbers = new Integer[10]; // 1
// java.lang.ArrayStoreException: java.lang.Double
numbers[0] = new Double(1); // 2
//List<String>[] list = new ArrayList<String>[10]; // 3
List<String>[] list2 = new ArrayList[10]; // 4
//List<Number> list3 = new ArrayList<Integer>(); // 5
}
}
4.6 泛型擦除
在泛型内部，无法获得任何有关泛型参数类型的信息，泛型只在编译阶段有效，泛型类型在逻辑上可看成是多个不同的类型，但是其实质都是同一个类型。因为泛型是在JDK5之后才出现的，需要处理 JDK5之前的非泛型类库。擦除的核心动机是它使得泛化的客户端可以用非泛化的类库实现，反之亦然，这经常被称为"迁移兼容性"。
代价：泛型不能用于显式地引用运行时类型地操作之中，例如转型、instanceof 操作和 new 表达式，因为所有关于参数地类型信息都丢失了。无论何时，当你在编写这个类的代码的时候，提醒自己，他只是个Object。catch 语句不能捕获泛型类型的异常。
举个例子：这串代码的运行输出是，因此可见泛型在运行期间对类型进行了擦除。
class java.util.ArrayList
class java.util.ArrayList
true
public static void method1() {
List<Integer> integerArrayList = new ArrayList();
List<String> stringArrayList = new ArrayList();
System.out.println(integerArrayList.getClass());
System.out.println(stringArrayList.getClass());
System.out.println(integerArrayList.getClass() == stringArrayList.getClass());
}
将上面的 Java 代码编译成字节码后查看也可看见两个集合都是 java/util/ArrayList
public static method1()V
L0
LINENUMBER 14 L0
NEW java/util/ArrayList
DUP
INVOKESPECIAL java/util/ArrayList.<init> ()V
ASTORE 0
L1
LINENUMBER 15 L1
NEW java/util/ArrayList
DUP
INVOKESPECIAL java/util/ArrayList.<init> ()V
ASTORE 1
因为在运行期间类型擦除的关系，可以通过反射在运行期间修改集合能添加的类，不过添加后查询该集合会抛出 ClassCastException 异常，代码如下。
public static void method4() throws Exception {
ArrayList<String> stringArrayList = new ArrayList<>();
stringArrayList.add("hnc");
stringArrayList.add("boy");
System.out.println("之前长度：" + stringArrayList.size());
// 通过反射增加元素
Class<?> clazz = stringArrayList.getClass();
Method method = clazz.getDeclaredMethod("add", Object.class);
method.invoke(stringArrayList, 60);
System.out.println("之后长度：" + stringArrayList.size());
// 存的还是 Integer 类型
// java.lang.ClassCastException: java.lang.Integer cannot be cast to java.lang.String
for (int i = 0; i < stringArrayList.size(); i++) {
System.out.println(stringArrayList.get(i).getClass());
}
}
五、总结
泛型在平时的学习中用到的还是挺多的。
- 数组不支持泛型
- 泛型的类型不能为基础数据类型
- 泛型只在编译阶段有效
Java 编程思想
码出高效 Java 开发手册
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来源：oschina
链接：https://my.oschina.net/u/3870588/blog/3159659