Java泛型(Generics)是JDK 5中引入的一个新特性,允许在定义类和接口的时候使用类型参数(type parameter),它们也被称为参数化类型(parameterized type)或参量多态(parametric polymorphism)。泛型最主要的应用是在JDK 5中的新集合类框架中。Java泛型的应用可以提高代码的复用性,同时泛型提供了类型检查,减少了数据的类型转换,保证了编译时的类型安全。
Java泛型保持了和Java语言以及Java虚拟机很好的兼容性,下面对Java泛型的特点做一个简要的概:
在使用泛型的时候可以遵循一些基本的原则,从而避免一些常见的问题。
正确理解泛型概念的首要前提是理解类型擦除(type erasure)。 Java中的泛型基本上都是在编译器这个层次来实现的。在生成的Java字节代码中是不包含泛型中的类型信息的。使用泛型的时候加上的类型参数,会被编译器在编译的时候去掉。这个过程就称为类型擦除。如在代码中定义的List和List等类型,在编译之后都会变成List。JVM看到的只是List,而由泛型附加的类型信息对JVM来说是不可见的。Java编译器会在编译时尽可能的发现可能出错的地方,但是仍然无法避免在运行时刻出现类型转换异常的情况。类型擦除也是Java的泛型实现方式与C++模板机制实现方式之间的重要区别。
很多泛型的奇怪特性都与这个类型擦除的存在有关,包括:
类型擦除的基本过程也比较简单,首先是找到用来替换类型参数的具体类。这个具体类一般是Object。如果指定了类型参数的上界的话,则使用这个上界。把代码中的类型参数都替换成具体的类。同时去掉出现的类型声明,即去掉<>的内容。比如T get()方法声明就变成了Object get();List就变成了List。接下来就可能需要生成一些桥接方法(bridge method)。这是由于擦除了类型之后的类可能缺少某些必须的方法。比如考虑下面的代码:
class MyString implements Comparable<String> {
public int compareTo(String str) {
return 0;
}
}
当类型信息被擦除之后,上述类的声明变成了class MyString implements Comparable。但是这样的话,类MyString就会有编译错误,因为没有实现接口Comparable声明的int compareTo(Object)方法。这个时候就由编译器来动态生成这个方法。
了解了类型擦除机制之后,就会明白编译器承担了全部的类型检查工作。编译器禁止某些泛型的使用方式,正是为了确保类型的安全性。以上面提到的List和List为例来具体分析:
public void inspect(List<Object> list) {
for (Object obj : list) {
System.out.println(obj);
}
list.add(1); //这个操作在当前方法的上下文是合法的。
}
public void test() {
List<String> strs = new ArrayList<String>();
inspect(strs); //编译错误
}
这段代码中,inspect方法接受List作为参数,当在test方法中试图传入List的时候,会出现编译错误。假设这样的做法是允许的,那么在inspect方法就可以通过list.add(1)来向集合中添加一个数字。这样在test方法看来,其声明为List的集合中却被添加了一个Integer类型的对象。这显然是违反类型安全的原则的,在某个时候肯定会抛出ClassCastException。因此,编译器禁止这样的行为。编译器会尽可能的检查可能存在的类型安全问题。对于确定是违反相关原则的地方,会给出编译错误。当编译器无法判断类型的使用是否正确的时候,会给出警告信息。
在使用泛型类的时候,既可以指定一个具体的类型,如List就声明了具体的类型是String;也可以用通配符?来表示未知类型,如List
public void wildcard(List<?> list) {
list.add(1);//编译错误
}
如上所示,试图对一个带通配符的泛型类进行操作的时候,总是会出现编译错误。其原因在于通配符所表示的类型是未知的。
因为对于List
在Java中,大家比较熟悉的是通过继承机制而产生的类型体系结构。比如String继承自Object。根据Liskov替换原则,子类是可以替换父类的。当需要Object类的引用的时候,如果传入一个String对象是没有任何问题的。但是反过来的话,即用父类的引用替换子类引用的时候,就需要进行强制类型转换。编译器并不能保证运行时刻这种转换一定是合法的。这种自动的子类替换父类的类型转换机制,对于数组也是适用的。 String[]可以替换Object[]。但是泛型的引入,对于这个类型系统产生了一定的影响。正如前面提到的List是不能替换掉List的。
引入泛型之后的类型系统增加了两个维度:一个是类型参数自身的继承体系结构,另外一个是泛型类或接口自身的继承体系结构。第一个指的是对于 List和List这样的情况,类型参数String是继承自Object的。而第二种指的是 List接口继承自Collection接口。对于这个类型系统,有如下的一些规则:
http://www.cnblogs.com/ggjucheng/p/3352519.html
一个典型的泛型类的例子是ArrayList
类:
public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {
}
用法就不用多说了。
一个典型的泛型接口例子是Comparable
接口:
public interface Comparable<T> {
...
public int compareTo(T o);
...
}
用法:
public class Test implements Comparable<String>{
@Override
public int compareTo(String o) {
return 0;
}
}
public class Util {
public static <K, V> boolean compare(Pair<K, V> p1, Pair<K, V> p2) {
return p1.getKey().equals(p2.getKey()) &&
p1.getValue().equals(p2.getValue());
}
}
为了更好地去理解泛型,我们也需要去理解Java泛型的命名规范。为了与Java关键字区别开来,Java泛型参数只是使用一个大写字母来定义。各种常用泛型参数的意义如下:
参考资料:
1、http://www.infoq.com/cn/articles/cf-java-generics
2、https://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-lo-gj/
3、http://peiquan.blog.51cto.com/7518552/1302898
4、https://docs.oracle.com/javase/tutorial/java/generics/
5、Effective Java 2.0