java泛型详解

提莫队长

发布于 2020-06-02 15:26:55

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发布于 2020-06-02 15:26:55

文章被收录于专栏：刘晓杰

先来一道经典的测试题。

List<String> l1 = new ArrayList<String>();
List<Integer> l2 = new ArrayList<Integer>();
System.out.println(l1.getClass() == l2.getClass());

输出是啥?正确答案是true。上面的代码中涉及到了泛型，而输出的结果缘由是类型擦除。

1.泛型是什么？

泛型的英文是 generics，较为准确的说法就是为了参数化类型，或者说可以将类型当作参数传递给一个类或者是方法。那么，如何解释类型参数化呢？比如我们需要在Cache里面可以存取任何值,通常我们会这么做

public class Cache {
    Object value;

    public Object getValue() {
        return value;
    }

    public void setValue(Object value) {
        this.value = value;
    }
}

但是这么做缺点就是每次getValue以后必须要强制转化才行.但是如果用泛型的话就是另外的画面

public class Cache<T> {
    T value;

    public T getValue() {
        return value;
    }

    public void setValue(T value) {
        this.value = value;
    }
}

测试代码

Cache<String> cache1 = new Cache<String>();
cache1.setValue("aaa");
// cache1.setValue(1); 这么写会报错,默认类型只能是string
String aString = cache1.getValue();

这就是泛型，它将 value 这个属性的类型也参数化了，这就是所谓的参数化类型所以，综合上面信息，我们可以得到下面的结论。

1.与普通的 Object 代替一切类型这样简单粗暴而言，泛型使得数据的类别可以像参数一样由外部传递进来。它提供了一种扩展能力
2.当具体的类型确定后，泛型又提供了一种类型检测的机制，只有相匹配的数据才能正常的赋值，否则编译器就不通过。所以说，它是一种类型安全检测机制
3.泛型提高了程序代码的可读性，在定义或者实例化阶段，因为 Cache<String>这个类型显化的效果，程序员能够一目了然猜测出代码要操作的数据类型。

当然,并不意味着 cache1.setValue(1) 这种操作完全不能执行,后面会说明

2.通配符？

在讲类型擦除前先介绍一下通配符？除了用 <T>表示泛型外，还有 <?>这种形式。？被称为通配符。

class Base{}
class Sub extends Base{}
Sub sub = new Sub();
Base base = sub;        
List<Sub> lsub = new ArrayList<>();
List<Base> lbase = lsub;

最后一行代码成立吗？编译会通过吗？答案是否定的。编译器不会让它通过的。Sub 是 Base 的子类，不代表 List<Sub>和 List<Base>有继承关系。但是，在现实编码中，确实有这样的需求，希望泛型能够处理某一范围内的数据类型，比如某个类和它的子类，对此 Java 引入了通配符这个概念。所以，通配符的出现是为了指定泛型中的类型范围。通配符有 3 种形式。

<?>被称作无限定的通配符。
<? extends T>被称作有上限的通配符。
<? super T>被称作有下限的通配符。

2.1无限定通配符 <?>

无限定通配符经常与容器类配合使用，它其中的 ? 其实代表的是未知类型，所以涉及到 ? 时的操作，一定与具体类型无关。

ArrayList<?> list = new ArrayList<>();
list.size();
list.isEmpty();
list.get(0);
list.add("aa")//这句要报错

<?>提供了只读的功能，也就是它删减了增加具体类型元素的能力，只保留与具体类型无关的功能。它不管装载在这个容器内的元素是什么类型，它只关心元素的数量、容器是否为空如果你看到分函数的参数有无限定通配符的list,而你此时又在查bug,那么这个分函数可以直接跳过,因为这个函数里面,这个list只读,不会对其进行修改

2.2有上限的通配符<? extends T>

主要特征是add受限

List<? extends Number> list = null;//list类型是Number子类,一定能get到数据
list = new ArrayList<Integer>();
// list.add(new Integer(1));//报错，因为list不能确定实例化的对象具体类型导致add()方法受限
list.get(0);//类型是Number,和无限定通配符的区别就是返回值的类型,无限定通配符返回object

2.3有下限的通配符<? super T>

主要特征是get受限

List<? super Integer> list = null;//list类型是Integer父类,一定能add int型数据
list = new ArrayList<Number>();
list.add(1);
Number number = list.get(0);//报错，get获取到的值不确定

3.类型擦除

回顾文章开始时的那段代码,打印的结果为 true 是因为 List<String>和 List<Integer>在 jvm 中的 Class 都是 List.class。为啥?这是因为，泛型信息只存在于代码编译阶段，在进入 JVM 之前，与泛型相关的信息会被擦除掉，专业术语叫做类型擦除。那么类型 String 和 Integer 怎么办？答案是泛型转译还是以上面Cache<T>为例,看一下Cache类型

Cache<String> cache = new Cache<>();
System.out.println(cache.getClass());
        
Field[] fs = cache.getClass().getDeclaredFields();
for ( Field f:fs) {
    System.out.println("Field name "+f.getName()+" type:"+f.getType().getName());
}

打印的结果是Cache和Object 明显,并不是 Cache<T>这种形式，同时所谓的T也不是我们所想要的String.为什么呢?我们有必要来看一下Cache<T>的class文件 MAC下选中对应的Cache,然后cmd+shift+r就可以查看字节码

// Signature: <T:Ljava/lang/Object;>Ljava/lang/Object;
public class fanxing.Cache {
  
  // Field descriptor #6 Ljava/lang/Object;
  // Signature: TT;
  java.lang.Object value;
  
  // Method descriptor #10 ()V
  // Stack: 1, Locals: 1
  public Cache();
  
  // Method descriptor #21 ()Ljava/lang/Object;
  // Signature: ()TT;
  // Stack: 1, Locals: 1
  public java.lang.Object getValue();
  
  // Method descriptor #26 (Ljava/lang/Object;)V
  // Signature: (TT;)V
  // Stack: 2, Locals: 2
  public void setValue(java.lang.Object value);
}

看到了没?getValue返回的是Object,无论T是什么,字节码都是Object,进入JVM自然都是Object咯顺带说一句,前文提到 cache1.setValue(1) 可以执行的奥秘就在这里那怎么样获取T的具体类型呢?改一下,改成Cache<T extends String>.再看一下字节码

// Signature: <T:Ljava/lang/String;>Ljava/lang/Object;
public class fanxing.Cache {
  
  // Field descriptor #6 Ljava/lang/String;
  // Signature: TT;
  java.lang.String value;
  
  // Method descriptor #10 ()V
  // Stack: 1, Locals: 1
  public Cache();
  
  // Method descriptor #21 ()Ljava/lang/String;
  // Signature: ()TT;
  // Stack: 1, Locals: 1
  public java.lang.String getValue();
  
  // Method descriptor #26 (Ljava/lang/String;)V
  // Signature: (TT;)V
  // Stack: 2, Locals: 2
  public void setValue(java.lang.String value);
}

getValue返回string,Signature也变了我们现在可以下结论了，在泛型类被类型擦除的时候，之前泛型类中的类型参数部分如果没有指定上限，如 <T>则会被转译成普通的 Object 类型，如果指定了上限如 <T extends String>则类型参数就被替换成类型上限。 (字节码中的descriptor表示返回值,Signature表示泛型信息)

4.类型擦除带来的局限性

利用类型擦除的原理，用反射的手段就绕过了正常开发中编译器不允许的操作限制
当泛型遇见重载

4.1反射

还是Cache<T>

        Cache<String> cache = new Cache<>();
        cache.setValue("aaa");
        // cache.setValue(123);正常不允许
        try {
            Method method = cache.getClass().getDeclaredMethod("setValue", Object.class);// 字节码是object
            method.invoke(cache, 123);
        } catch (NoSuchMethodException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        } catch (SecurityException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        } catch (IllegalAccessException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        } catch (IllegalArgumentException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        } catch (InvocationTargetException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }

        System.out.println(cache.getValue());//这句话会报错,int无法转化为string,内部已经存在123这个int值,但无法输出

4.2重载

一下4个方法能同时存在么?

    public void method(List<String> list) {
    }

    public void method(List<Integer> list) {
    }

    public int method(List<String> list) {
        return 0;
    }

    public String method(List<Integer> list) {
        return "";
    }

先看一下字节码

  // Method descriptor #19 (Ljava/util/List;)V
  // Signature: (Ljava/util/List<Ljava/lang/String;>;)V
  // Stack: 0, Locals: 2
  public void method(java.util.List list);

  // Method descriptor #19 (Ljava/util/List;)V
  // Signature: (Ljava/util/List<Ljava/lang/Integer;>;)V
  // Stack: 0, Locals: 2
  public void method(java.util.List list);

  // Method descriptor #19 (Ljava/util/List;)I
  // Signature: (Ljava/util/List<Ljava/lang/String;>;)I
  // Stack: 1, Locals: 2
  public int method(java.util.List list);

  // Method descriptor #19 (Ljava/util/List;)Ljava/lang/String;
  // Signature: (Ljava/util/List<Ljava/lang/Integer;>;)Ljava/lang/String;
  // Stack: 1, Locals: 2
  public java.lang.String method(java.util.List list);

方法重载要求方法具备不同的特征签名，返回值并不包含在方法的特征签名之中，所以返回值不参与重载选择.但是在 Class 文件格式之中，只要描述符不是完全一致的两个方法就可以共存。从方法重载的要求来看,看Signature一行,首先把返回值去掉,然后类型擦除,整个Signature就剩下相同的Ljava/util/List,所以以上四个方法都不能共存但是在class文件格式中,3和4的Method descriptor不同,导致在低版本的jdk里面可以共存.后两个方法jdk1.6是警告,jdk1.8更严格,直接爆红(警告和爆红的文字信息都是一样的)