Java的“泛型”特性,你以为自己会了?(万字长文)

咪乐|直播|盒子百度网盘 他的前女友喻可欣在分手20多年后还称忘不了他。

使用Java的小伙伴,对于Java的一些高级特性一定再熟悉不过了,例如集合、反射、泛型、注解等等,这些可以说我们在平时开发中是经常使用到的,尤其是集合,基本是只要写代码没有用不到的,今天我们先来谈谈泛型


1. 定义


在了解一个事物之前,我们必定要先知道他的定义,所以我们就从定义开始,去一步一步揭开泛型的神秘面纱。

# 泛型(generics) 他是 JDK5 中引入的一个新特性,泛型提供了编译时类型安全监测机制,该机制允许我们在编译时检测到非法的类型数据结构。泛型的本质就是参数化类型,也就是所操作的数据类型被指定为一个参数  # 常见的泛型的类型表示 上面的 T 仅仅类似一个形参的作用,名字实际上是可以任意起的,但是我们写代码总该是要讲究可读性的。常见的参数通常有 : E - Element (在集合中使用,因为集合中存放的是元素) T - Type(表示Java 类,包括基本的类和我们自定义的类) K - Key(表示键,比如Map中的key) V - Value(表示值) ? - (表示不确定的java类型) 但是泛型的参数只能是类类型,不能是基本的数据类型,他的类型一定是自Object的

注意:泛型不接受基本数据类型,换句话说,只有引用类型才能作为泛型方法的实际参数


2. 为什么要使用泛型?


说到为什么要使用,那肯定是找一大堆能说服自己的优点啊。

# 泛型的引入,是java语言的来讲是一个较大的功能增强。同时对于编译器也带来了一定的增强,为了支持泛型,java的类库都做相应的修改以支持泛型的特性。 (科普:实际上java泛型并不是 jdk5(2004发布了jdk5) 才提出来的,早在1999年的时候,泛型机制就是java最早的规范之一)

另外,泛型还具有以下的优点:

# 1.提交了java的类型安全 泛型在很大程度上来提高了java的程序安全。例如在没有泛型的情况下,很容易将字符串 123 转成 Integer 类型的 123 亦或者 Integer 转成 String,而这样的错误是在编译期无法检测。而使用泛型,则能很好的避免这样的情况发生。  # 2.不需要烦人的强制类型转换 泛型之所以能够消除强制类型转换,那是因为程序员在开发的时候就已经明确了自己使用的具体类型,这不但提高了代码的可读性,同样增加了代码的健壮性。  # 提高了代码的重用性 泛型的程序设计,意味着编写的代码可以被很多不同类型的对象所重用

在泛型规范正式发布之前,泛型的程序设计是通过继承来实现的,但是这样子有两个严重的问题:


① 取值的时候需要强制类型转换,否则拿到的都是 Object

② 编译期不会有错误检查

我们来看下这两个错误的产生


2.1 编译期不会有错误检查

public class DonCheckInCompile {    public static void main(String[] args) {        List list = new ArrayList();        list.add("a");        list.add(3);        System.out.println(list);   } }

程序不但不会报错,还能正常输出

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2.2 强制类型转换

public class DonCheckInCompile {    public static void main(String[] args) {        List list = new ArrayList();        list.add("a");        list.add(3);        for (Object o : list) {            System.out.println((String)o);       }   } }

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因为你并不知道实际集合中的元素到底是哪些类型的,所以在使用的时候也是不确定的,如果在强转的时候,那必然会带来意想不到的错误,这样潜在的问题就好像是定时炸弹,肯定是不允许发生的。所以这就更体现了泛型的重要性


3. 泛型方法

在 java 中,泛型方法可以使用在成员方法、构造方法和静态方法中。语法如下:


public <申明泛型的类型> 类型参数 fun();如 public <T> T fun(T t);这里的 T 表示一个泛型类型,<T> 表示我们定义了一个类型为 T 的类型,这样的 T 类型就可以直接使用了,且<T> 需要放在方法的返回值类型之前。T 即在申明的时候是不知道具体的类型的,只有的使用的时候才能明确其类型,T 不是一个类,但是可以当作是一种类型来使用。


下面来通过具体的例子来解释说明,以下代码将数组中的指定的两个下标位置的元素进行交换(不要去关注实际的需求是什么),第一种 Integer 类型的数组

public class WildcardCharacter {    public static void main(String[] args) {        Integer[] arrInt = {123456789};        change(arrInt, 08);        System.out.println("arr = " + Arrays.asList(arrInt));   }     /**     * 将数组中的指定两个下标位置的元素交换     *     * @param arr         数组     * @param firstIndex 第一个下标     * @param secondIndex 第二个下标     */    private static void change(Integer[] arr, int firstIndex, int secondIndex) {        int tmp = arr[firstIndex];        arr[firstIndex] = arr[secondIndex];        arr[secondIndex] = tmp;   } }

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第二种是 String 类型的数组


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编译直接都不会通过,那是必然的,因为方法定义的参数就是 Integer[] 结果你传一个 String[],玩呢。。。所以这个时候只能是再定义一个参数类型是 String[]的。


那要是再来一个 Double 呢?Boolean 呢?是不是这就产生问题了,虽然说这种问题不是致命的,多写一些重复的代码就能解决,但这势必导致代码的冗余和维护成本的增加。所以这个时候泛型的作用就体现了,我们将其改成泛型的方式。

  /**     * @param t           参数类型 T     * @param firstIndex 第一个下标     * @param secondIndex 第二个下标     * @param <T>         表示定义了一个类型 为 T 的类型,否则没人知道 T 是什么,编译期也不知道     */    private static <T> void changeT(T[] t, int firstIndex, int secondIndex) {        T tmp = t[firstIndex];        t[firstIndex] = t[secondIndex];        t[secondIndex] = tmp;   }

接下来调用就简单了

public static void main(String[] args) {     //首先定义一个Integer类型的数组        Integer[] arrInt = {123456789};     //将第 1 个和第 9 个位置的元素进行交换        changeT(arrInt, 08);        System.out.println("arrInt = " + Arrays.asList(arrInt));        // 然后在定义一个String类型的数组        String[] arrStr = {"a""b""c""d""e""f""g"};   //将第 1 个和第 2 个位置的元素进行交换        changeT(arrStr, 01);         System.out.println("arrStr = " + Arrays.asList(arrStr));   }

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问题迎刃而解,至于普通的泛型方法和静态的泛型方法是一样的使用,只不过是一个数据类一个属于类的实例的,在使用上区别不大(但是需要注意的是如果在泛型类中 静态泛型方法是不能使用类泛型中的泛型类型的,这个在下文的泛型类中会详细介绍的)。


最后再来看下构造方法

public class Father {     public <T> Father(T t) {     } }

然后假设他有一个子类是这样子的

class Son extends Father {      public <T> Son(T t) {         super(t);     } }

这里强调一下,因为在 Father 类中是没有无参构造器的,取而代之的是一个有参的构造器,只不过这个构造方法是一个泛型的方法,那这样子的子类必然需要显示的指明构造器了。


  • 通过泛型方法获取集合中的元素测试

既然说泛型是在申明的时候类型不是重点,只要事情用的时候确定就可以下,那你看下面这个怎么解释?


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此时想往集合中添加元素,却提示这样的错误,连编译都过不了。这是为什么?


因为此时集合 List<T> 的 add 方法,添加的类型为 T,但是很显然 T 是一个泛型,真正的类型是在使用时候才能确定的,但是 在 add 的并不能确定 T 的类型,所以根本就无法使用 add 方法,除非 list.add(null),但是这却没有任何意义


4. 泛型类


先来看一段这样的代码,里面的使用到了多个泛型的方法,无需关注方法到底做了什么

public class GenericClassTest{     public static void main(String[] args) {         //首先定义一个Integer类型的数组         Integer[] arrInt = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9};         //将第 1 个和第 9 个位置的元素进行交换         new GenericClassTest().changeT(arrInt, 0, 8);         System.out.println("arrInt = " + Arrays.asList(arrInt));          List<String> list = Arrays.asList("a", "b");         testIter(list);     }      /**      * @param t           参数类型 T      * @param firstIndex  第一个下标      * @param secondIndex 第二个下标      * @param <T>         表示定义了一个类型 为 T 的类型,否则没人知道 T 是什么,编译期也不知道      */     private <T> void changeT(T[] t, int firstIndex, int secondIndex) {         T tmp = t[firstIndex];         t[firstIndex] = t[secondIndex];         t[secondIndex] = tmp;     }      /**      * 遍历集合      *      * @param list 集合      * @param <T>  表示定义了一个类型 为 T 的类型,否则没人知道 T 是什么,编译期也不知道      */     private static <T> void testIter(List<T> list) {         for (T t : list) {             System.out.println("t = " + t);         }     } }

可以看到里面的 <T> 是不是每个方法都需要去申明一次,那要是 100 个方法呢?那是不是要申明 100 次的,这样时候泛型类也就应用而生了。那泛型类的形式是什么样子的呢?请看代码

public class GenericClazz<T>{     //这就是一个最基本的泛型类的样子 }

下面我们将刚刚的代码优化如下,但是这里不得不说一个很基础,但是却很少有人注意到的问题,请看下面的截图中的文字描述部分。


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# 为什么实例方法可以,而静态方法却报错? 1. 首先告诉你结论:静态方法不能使用类定义的泛型,而是应该单独定义泛型 2. 到这里估计很多小伙伴就瞬间明白了,因为静态方法是通过类直接调用的,而普通方法必须通过实例来调用,类在调用静态方法的时候,后面的泛型类还没有被创建,所以肯定不能这么去调用的

所以说这个泛型类中的静态方法直接这么写就可以啦

    /**      * 遍历集合      *      * @param list 集合      */     private static <K> void testIter(List<K> list) {         for (K t : list) {             System.out.println("t = " + t);         }     }
  • 多个泛型类型同时使用

我们知道 Map 是键值对形式存在,所以如果对 Map 的 Key 和 Value 都使用泛型类型该怎么办?一样的使用,一个静态方法就可以搞定了,请看下面的代码

public class GenericMap {      private static <K, V> void mapIter(Map<K, V> map) {         for (Map.Entry<K, V> kvEntry : map.entrySet()) {             K key = kvEntry.getKey();             V value = kvEntry.getValue();             System.out.println(key + ":" + value);         }     }      public static void main(String[] args) {         Map<String, String> mapStr = new HashMap<>();         mapStr.put("a", "aa");         mapStr.put("b", "bb");         mapStr.put("c", "cc");         mapIter(mapStr);         System.out.println("======");         Map<Integer, String> mapInteger = new HashMap<>();         mapInteger.put(1, "11");         mapInteger.put(2, "22");         mapInteger.put(3, "33");         mapIter(mapInteger);     } }

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到此,泛型的常规的方法和泛型类已经介绍为了。


5. 通配符

通配符 ? 即占位符的意思,也就是在使用期间是无法确定其类型的,只有在将来实际使用的时候指明类型,它有三种形式


  • <?> 无限定的通配符。是让泛型能够接受未知类型的数据
  • < ? extends E>有上限的通配符。能接受指定类及其子类类型的数据,E就是该泛型的上边界
  • <? super E>有下限的通配符。能接受指定类及其父类类型的数据,E就是该泛型的下边界


5.1 通配符之 <?>


上面刚刚说到了使用一个类型来表示反省类型是必须要申明的,也即 <T> ,那是不是不申明就不能使用泛型呢?当然不是,这小节介绍的 <?> 就是为了解决这个问题的。


<?> 表示,但是话又说话来了,那既然可以不去指明具体类型,那 ? 就不能表示一个具体的类型也就是说如果按照原来的方式这么去写,请看代码中的注释


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而又因为任何类型都是 Object 的子类,所以,这里可以使用 Object 来接收,对于 ? 的具体使用会在下面两小节介绍


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另外,大家要搞明白泛型和通配符不是一回事


5.2 通配符之 <? extend E>


<? extend E> 表示有上限的通配符,能接受其类型和其子类的类型 E 指上边界,还是写个例子来说明

public class GenericExtend {     public static void main(String[] args) {         List<Father> listF = new ArrayList<>();         List<Son> listS = new ArrayList<>();         List<Daughter> listD = new ArrayList<>();         testExtend(listF);         testExtend(listS);         testExtend(listD);     }      private static <T> void testExtend(List<? extends Father> list) {} }  class Father {}  class Daughter extends Father{}  class Son extends Father {     }

这个时候一切都还是很和平的,因为大家都遵守着预定,反正 List 中的泛型要么是 Father 类,要么是 Father 的子类。但是这个时候如果这样子来写(具体原因已经在截图中写明了)


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5.3 通配符之 <?super E>


<?super E> 表示有下限的通配符。也就说能接受指定类型及其父类类型,E 即泛型类型的下边界,直接上来代码然后来解释

public class GenericSuper {      public static void main(String[] args) {         List<Son> listS = new Stack<>();         List<Father> listF = new Stack<>();         List<GrandFather> listG = new Stack<>();         testSuper(listS);         testSuper(listF);         testSuper(listG);              }     private static void testSuper(List<? super Son> list){} } class Son extends Father{} class Father extends GrandFather{} class GrandFather{}

因为 List<? super Son> list 接受的类型只能是 Son 或者是 Son 的父类,而 Father 和 GrandFather 又都是 Son 的父类,所以以上程序是没有任何问题的,但是如果再来一个类是 Son 的子类(如果不是和 Son 有关联的类那更不行了),那结果会怎么样?看下图,相关重点已经在图中详细说明


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好了,其实泛型说到这里基本就差不多了,我们平时开发能遇到的问题和不常遇见的问题本文都基本讲解到了。最后我们再来一起看看泛型的另一个特性:泛型擦除


6. 泛型擦除

先来看下泛型擦除的定义

# 泛型擦除 	因为泛型的信息只存在于 java 的编译阶段,编译期编译完带有 java 泛型的程序后,其生成的 class 文件中与泛型相关的信息会被擦除掉,以此来保证程序运行的效率并不会受影响,也就说泛型类型在 jvm 中和普通类是一样的。

别急,知道你看完概念肯定还是不明白什么叫泛型擦除,举个例子

public class GenericWipe {     public static void main(String[] args) {         List<String> listStr = new ArrayList<>();         List<Integer> listInt = new ArrayList<>();         List<Double> listDou = new ArrayList<>();          System.out.println(listStr.getClass());         System.out.println(listInt.getClass());         System.out.println(listDou.getClass());      } }

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这也就是说 java 泛型在生成字节码以后是根本不存在泛型类型的,甚至是在编译期就会被抹去,说来说去好像并没有将泛型擦除说得很透彻,下面我们就以例子的方式来一步一步证明


  • 通过反射验证编译期泛型类型被擦除
class Demo1 {     public static void main(String[] args) throws Exception {         List<Integer> list = new ArrayList<>();         //到这里是没有任何问题的,正常的一个 集合类的添加元素         list.add(1024);         list.forEach(System.out::println);         System.out.println("-------通过反射证明泛型类型编译期间被擦除-------");         //反射看不明白的小伙伴不要急,如果想看反射的文章,请留言反射,我下期保证完成         list.getClass().getMethod("add", Object.class).invoke(list, "9527");         for (int i = 0; i < list.size(); i++) {             System.out.println("value = " + list.get(i));         }     } }


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打印结果如下:


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但是直接同一个反射似乎并不能让小伙伴们买账,我们为了体验差异,继续写一个例子

class Demo1 {     public static void main(String[] args) throws Exception {         //List<E>  实际上就是一个泛型,所以我们就不去自己另外写泛型类来测试了         List<Integer> list = new ArrayList<>();         //到这里是没有任何问题的,正常的一个 集合类的添加元素         list.add(1024);         list.forEach(System.out::println);         System.out.println("-------通过反射证明泛型类型编译期间被擦除-------");         list.getClass().getMethod("add", Object.class).invoke(list, "9527");         for (int i = 0; i < list.size(); i++) {             System.out.println("value = " + list.get(i));         }          //普通的类         FanShe fanShe = new FanShe();         //先通过正常的方式为属性设置值         fanShe.setStr(1111);         System.out.println(fanShe.getStr());         //然后通过同样的方式为属性设置值 不要忘记上面的List  是 List<E> 是泛型哦!不要连最基本的知识都忘记了         fanShe.getClass().getMethod("setStr", Object.class).invoke(list, "2222");         System.out.println(fanShe.getStr());     } } //随便写一个类 class FanShe{     private Integer str;     public void setStr(Integer str) {         this.str = str;     }      public Integer getStr() {         return str;     } }

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测试结果显而易见,不是泛型的类型是不能通过反射去修改类型赋值的。


  • 由于泛型擦除带来的自动类型转换


因为泛型的类型擦除问题,导致所有的泛型类型变量被编译后都会被替换为原始类型。既然都被替换为原始类型,那么为什么我们在获取的时候,为什么不需要强制类型转换?


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下面这么些才是一个标准的带有泛型返回值的方法。

public class TypeConvert {     public static void main(String[] args) {          //调用方法的时候返回值就是我们实际传的泛型的类型         MyClazz1 myClazz1 = testTypeConvert(MyClazz1.class);         MyClazz2 myClazz2 = testTypeConvert(MyClazz2.class);     }     private static <T> T testTypeConvert(Class<T> tClass){         //只需要将返回值类型转成实际的泛型类型 T 即可         return (T) tClass;     } }  class MyClazz1{} class MyClazz2{} 


  • 由泛型引发的数组问题

名字怪吓人的,实际上说白了就是不能创建泛型数组


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看下面的代码


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为什么不能创建泛型类型的数组?


因为List<Integer>List<String> 被编译后在 JVM 中等同于List<Object> ,所有的类型信息在编译后都等同于List<Object>,也就是说编译器此时也是无法区分数组中的具体类型是 Integer类型还是 String


但是,使用通配符却是可以的,我上文还特意强调过一句话:泛型和通配符不是一回事。请看代码


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那这又是为什么?? 表示未知的类型,他的操作不涉及任何的类型相关的东西,所以 JVM 是不会对其进行类型判断的,因此它能编译通过,但是这种方式只能读不能写,也即只能使用 get 方法,无法使用 add 方法。


为什么不能 add ?<?> 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,另外上面也已经解释过为什么不能 add 的,这里就当做一个补充。


好了,关于泛型知识,今天就聊到这里,感谢大家的支持!

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