Java 泛型（上）

帅飞

发布于 2019-01-28 16:11:37

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发布于 2019-01-28 16:11:37

文章被收录于专栏：Java知其所以然

为什么需要

场景

开发一个能够存储各种类型对象（比如：String 对象、Integer 对象等）的容器（容器就是存储数据的，可以是对象，可以是数组等等）。

解决方案

在 JDK 1.5 之前

在 JDK 1.5 之前是没有泛型的，最好的办法是开发一个能够存储和检索 Object 类型本身的容器，然后再将该对象用于各种类型时进行类型转换。

  public class ObjectContainer {
      public Object obj;
  }

虽然这个容器会达到预期效果，但就我们的目的而言，它并不是最合适的解决方案。它不是类型安全的（Java 的编译器对于类型转换的错误是检测不到的，在运行时执行到 checkcast这个字节码指令时，如果类型转换错误才会抛出 ClassCastException ），并且要求在检索封装对象时使用显式类型转换（向下转型），因此有可能引发运行时异常。

测试方法

  public static void main(String[] args) {
      ObjectContainer myObj = new ObjectContainer();
      // 这里发生向上转型
      myObj.obj = "Test";       
      // 检索封装对象，发生向下转型
      String myStr = (String) myObj.obj; 
      System.out.println("myStr: " + myStr);
  }

注意：一个面试点，发生向下转型的必要条件是先发生向上转型。

从 JDK 1.5 开始

从 JDK 1.5 开始出现了泛型，使用泛型可以很好的解决我们的场景需求。在实例化时为所使用的容器分配一个类型，也称泛型类型，这样就可以创建一个对象来存储所分配类型的对象。泛型类型可以看成一种弱类型（类似于 js 中的 var，定义的时候你可以随便定义，使用的时候就需要给出具体类型），这意味着可以通过执行泛型类型调用分配一个类型，将用分配的具体类型替换泛型类型。然后，所分配的类型将用于限制容器内使用的值，这样就无需进行类型转换，还可以在编译时提供更强的类型检查。

  // 根据这个代码来看，泛型类型就是 T。泛型类型也可以称为泛型形参。
  public class ObjectContainer<T>{
      public Object obj;
  }

测试方法

代码里的注释很重要！很重要！很重要！建议多看几遍。

  public static void main(String[] args) {
      // 执行泛型类型调用分配 String 这个具体类型，String 也可以称为泛型实参。
      ObjectContainer<String> myObj = new ObjectContainer<String>();
      myObj.obj = "ypf";
      // 这里不需要类型转型，因为通过执行泛型类型调用分配了 String 这个类型，编译器会帮我们去生成一个 checkcast 字节码指令来做类型转换。也就是说我们以前需要手动去做的事（类型转型），现在编译器帮我们做了。其实泛型也可以看成是 Java 的一种语法糖。
      String myStr = myObj.obj;
      System.out.println("myStr: " + myStr);
  }

从上面的类中我们已经知道了泛型类型就是 T。在这个测试方法中执行泛型类型调用对应的代码就是第 2 行，可以看到我们泛型类型 T 在执行时分配了 String 这个类型。其实执行泛型类型调用就是在写类的时候把 ClassName<T> 写成 ClassName<具体的类型>，也就是说把泛型类型替换成具体的类型。

优点

更强的类型检查，避开运行时可能引发的 ClassCastException ，可以节省时间。
消除了类型转换。
开发泛型算法。(可以多去看看 Java 集合中是怎么利用泛型的)

怎么用

泛型类

  public class GenericClass<T>{ 
      // key 这个成员变量的类型为 T,T 的类型由外部使用时指定。  
      private T key;
  
      public Generic(T key) { 
          this.key = key;
      }
  
      public T getKey(){ 
          return key;
      }
  }

泛型接口

定义一个泛型接口

  public interface Generator<T> {
      public T next();
  }

定义实现泛型接口的类

  // 未传入泛型实参时，与泛型类的定义相同，在声明类的时候，需将泛型的声明也一起加到类中。
  public class FruitGenerator<T> implements Generator<T>{
      // 使用泛型类型 T。
      @Override
      public T next() {
          return null;
      }
  }

  // 在实现类实现泛型接口时，如已将泛型类型传入实参类型，则所有使用泛型的地方都要替换成传入的实参类型。
  public class FruitGenerator implements Generator<String> {
  
      private String[] fruits = new String[]{"Apple", "Banana", "Pear"};
  
      // 泛型类型 T 被替换成分配的类型 String
      @Override
      public String next() {
          Random rand = new Random();
          return fruits[rand.nextInt(3)];
      }
  }

泛型方法

当我们只想在某个方法中使用泛型而并不需要给整个类加个泛型时，可以使用泛型方法来指定一个泛型类型。泛型方法的泛型类型完全独立于类，也就是说可以与泛型类中声明的 T 不是同一种类型。通过下面的代码来验证这个结论。

  public class GenericTest<T> {
      public T t;
  
      public static <T> T genericMethod(Class<T> clazz)throws InstantiationException ,IllegalAccessException{
          T instance = clazz.newInstance();
          return instance;
      }
  
      public static void main(String[] args) throws IllegalAccessException, InstantiationException {
          GenericTest g = new GenericTest();
          g.t = "666";
          System.out.println(g.t);
          GenericTest g2 = genericMethod(GenericTest.class);
          System.out.println(g2);
      }
  }

输出结果

从输出结果可以看出 GenericTest 类的泛型类型 T 为 String，genericMethod 方法的泛型类型 T 为 GenericTest 。

泛型方法和可变参数灵活使用

通过泛型方法和可变参数，我们可以 new 出任何类型的数组。这样我就很方便创建一个数组，其实在底层实现上是编译器帮我们去 new 数组这个操作了。

  public class GenericTest<T> {
      // 巧妙利用语言的特性。多去了解一下语言的特性，利用起来。
      public static <T> T[] of(T... array){
          return array;
      }
  
      public static void main(String[] args)  {
          Integer[] numArr = of(1,2,3,4);
          String[] strArr = of("y", "p", "f");
          System.out.println(Arrays.toString(numArr));
          System.out.println(Arrays.toString(strArr));
      }
  }

泛型通配符

泛型类型是没有继承关系的。

  public class GenericTest<T> {
      public T t;
  
      public GenericTest(T t) {
          this.t = t;
      }
  
      public static void showKeyValue(GenericTest<Number> obj){
          System.out.println(obj.toString());
      }
  
      public static void main(String[] args)  {
          GenericTest<Integer> gInteger = new GenericTest<Integer>(123);
          GenericTest<Number> gNumber = new GenericTest<Number>(456);
          showKeyValue(gNumber);
          // 下面这个会报错，编译不通过。因为泛型没有继承这个说法。
          // GenericTest<Integer> 和 GenericTest<Number> 经过泛型擦除后都变为 GenericTest。
  //      showKeyValue(gInteger);
      }
  }

解决方案

当操作类型时，不需要使用类型的具体功能时，只使用 Object 类中的功能。那么可以用 ? 通配符来表未知类型。?和 Number、String、Integer 一样都是一种被分配的具体类型，可以把?看成所有类型的父类来理解（也可以把这个看成 Java 语言的一种规范）。

  public class GenericTest<T> {
      public T t;
  
      public GenericTest(T t) {
          this.t = t;
      }
  
      // 使用泛型通配符，可以接收任意类型的泛型类。
      public static void showKeyValue(GenericTest<?> obj){
          System.out.println(obj.toString());
      }
  
      public static void main(String[] args)  {
          GenericTest<Integer> gInteger = new GenericTest<Integer>(123);
          GenericTest<Number> gNumber = new GenericTest<Number>(456);
          showKeyValue(gNumber);
          showKeyValue(gInteger);
      }
  }