Java基础 -- 泛型

 

 Java基础 -- 泛型

 

概述：

泛型术语的意思就是“适用于许多许多的类型”，是某种不具体的类型即类型参数化，由于某些业务场景下继承类或者实现接口，同样会对程序的约束太强，而我们希望达到的目的是更通用的代码，

所有Java SE5以后增加了泛型。

 

用途：

创建集合类及结合java反射的通用方法

 

泛型类型分类：

1.泛型类

  -- 泛型类的定义如下代码，粉色部分指明泛型，本例中使用 T 和 K，可以使用任意字母指定

  -- 泛型类的使用,在实例化对象时指定泛型类型即new后面的类名后的部分number1，所以number3部分要和number2部分保持一致，number2部分即为确定后的类型，就和其他普通类型一样可以任意使用

  

                   //1.泛型类声明
public class Holder<T, K>{
	private T a;
	private K b;
	public Holder(T a, K b){
		this.a = a;
		this.b = b;
	}
	public T getA() {
		return a;
	}
	public void setA(T a) {
		this.a = a;
	}
	public K getB() {
		return b;
	}
	public void setB(K b) {
		this.b = b;
	}
	
	public static void main(String[] args){
		//3.确定一具体的类型，就和普通类型一样使用       //2.指明泛型类型，传入上面的声明
		Holder<String, Integer> h1 = new Holder<String, Integer>("test", 123);
		System.out.println(h1.getA());
		System.out.println(h1.getB());
	}
}

 

 

 

 

 

2. 泛型接口

  -- 泛型接口定义和泛型类定义类似，在实现类implements 接口时指定泛型类型 ：public class A implements InterfaceB<String, Integer>

  -- 实现类实现接口的方法

  -- 具体例子参考Thinking in Java-泛型接口，书中列举了一个生成器 generator Iteratable Iterator的例子

 

3. 泛型方法

  --泛型方法可以独立创建和所在的类是不是泛型类无关系，也就是说是否拥有泛型方法，与其所在的类是否是泛型类无关

  --基本原则 如果使用泛型方法可以取代讲整个类泛型化，那么久应该只使用泛型方法，因为他可以使事情更加清楚明白--代码易读

  --对于一个static方法无法访问泛型类的参数，所以，如果static方法需要使用泛型能力，就必须使其成为泛型方法

  --对于一个非static成员方法，如果所在的类时泛型类，则没有必要再将该方法定义为泛型方法，因为，它已经有了泛型的功能

  --泛型方法的定义及使用如以下代码，静态泛型方法定义及使用与以下相同

  

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

public class Holder2 {
	
	//1.定义泛型方法只需要在方法的返回类型前加上泛型类型<K, T>
	public <T,K> Map<T, K> addMapElement(T a, K b){
		//实例化一个泛型类，只不过这个类的泛型类型是由泛型方法的泛型传入的
		Map<T, K> map = new HashMap<T, K>();
		map.put(a, b);
		return map;
	}
	
	public <T, K> Map<T, K> getMap(){
		Map<T, K> map = new HashMap<T, K>();
		return map;
	}
	
	public static void main(String[] args) {
		Holder2 a = new Holder2();
		//2.隐式泛型类型调用 - jvm泛型类型自动推断
		//  -- 隐式的类型推断只能使用于最终方法返回结果用于赋值的情况（或者不处理返回结果），如果泛型方法的返回结果作为另一个方法的实参，则它被赋值给一个object类型，并不能推断为正确的类型
		//2.1 隐式一
		//  -- 调用泛型方法时，没有指定泛型类型，jvm会根据实际传入的值得类型推断出类型
		//  -- 基本数据类型是无法作为泛型类型的，这里jvm隐式地做了Integer的类型包装
		Map<String, Integer> map01 = a.addMapElement("test", 123);
		System.out.println("result: " + map01.get("test"));
		
		//2.2 隐式二
		//  -- 根据接收方法返回值的本地变量的类型自动推断
		Map<String, Integer> map02 = a.getMap();
		map02.put("test", 456);
		System.out.println("result: " + map02.get("test"));
		
		//3.显示泛型类型调用
		//  -- 在调用的泛型方法的名前面指明泛型类型
		Map<String, Integer> map03 = a.<String, Integer>addMapElement("test", 789);
		System.out.println("result: " + map03.get("test"));
		
	}

}

6.结合java反射实例：

  

import java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.Method;

public class Holder3 {
	private String name;
	private String age;
	
	Holder3(String name, String age){
		this.name = name;
		this.age = age;
	}
	
	public String getName() {
		return name;
	}

	public void setName(String name) {
		this.name = name;
	}

	public String getAge() {
		return age;
	}

	public void setAge(String age) {
		this.age = age;
	}

	public static <K> String toString(K a) throws Exception{
		String str = "";
		Field[] fields = a.getClass().getDeclaredFields();
		for(Field field : fields){
			String fieldName = field.getName();
			str += fieldName + " : ";
			fieldName = fieldName.substring(0, 1).toUpperCase() + fieldName.substring(1);
			Method m =a.getClass().getMethod("get" + fieldName);
			str += m.invoke(a) + "\n";
		}
		return str;
	}

	public static void main(String[] args) throws Exception{
		Holder3 h = new Holder3("lv", "30");
		
		//以下两种调用方式都可以
		//System.out.println("result:" + Holder3.<Holder3>toString(h));
		System.out.println("result:" + Holder3.toString(h));
	}

}

 

 

7.边界

  -- <T extends ParentClass & InterfaceA> 定义泛型类或者泛型接口，在之前的定义中，是无法调用泛型T对象的任何方法的，但是在设置边界后，可以调用父类对象或者接口里的方法

8. 通配符

  -- ? : 表示可以是任意一种具体的泛型类型，使用形式为List<? ** **> 或者 MyClass<? ** **>，不可以出现在泛型类及泛型方法的直接定义中，就和其他普通类型一样使用

  -- ？extends  ClassA 成员方法，泛型方法

  -- ?  super ClassA 成员方法，泛型方法

  -- ?  extends T --用于泛型方法中 

  -- ?  super T -- 用于泛型方法中

 

9.Class<?>，Class<T> 使用 MyClass.class, class传递给class变量，MyClass作为具体泛型类型

 

======以下为引用其他博客=====

 

通配符

在了解通配符之前，我们首先必须要澄清一个概念，还是借用我们上面定义的Box类，假设我们添加一个这样的方法：

1	public void boxTest(Box<Number> n) { /* ... */ }

那么现在Box<Number> n允许接受什么类型的参数？我们是否能够传入Box<Integer>或者Box<Double>呢？答案是否定的，虽然Integer和Double是Number的子类，但是在泛型中Box<Integer>或者Box<Double>与Box<Number>之间并没有任何的关系。这一点非常重要，接下来我们通过一个完整的例子来加深一下理解。

首先我们先定义几个简单的类，下面我们将用到它：

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class Fruit {} class Apple extends Fruit {} class Orange extends Fruit {}

下面这个例子中，我们创建了一个泛型类Reader，然后在f1()中当我们尝试Fruit f = fruitReader.readExact(apples);编译器会报错，因为List<Fruit>与List<Apple>之间并没有任何的关系。

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public class GenericReading {     static List<Apple> apples = Arrays.asList(new Apple());     static List<Fruit> fruit = Arrays.asList(new Fruit());     static class Reader<T> {         T readExact(List<T> list) {             return list.get(0);         }     }     static void f1() {         Reader<Fruit> fruitReader = new Reader<Fruit>();         // Errors: List<Fruit> cannot be applied to List<Apple>.         // Fruit f = fruitReader.readExact(apples);     }     public static void main(String[] args) {         f1();     } }

但是按照我们通常的思维习惯，Apple和Fruit之间肯定是存在联系，然而编译器却无法识别，那怎么在泛型代码中解决这个问题呢？我们可以通过使用通配符来解决这个问题：

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static class CovariantReader<T> {     T readCovariant(List<? extends T> list) {         return list.get(0);     } } static void f2() {     CovariantReader<Fruit> fruitReader = new CovariantReader<Fruit>();     Fruit f = fruitReader.readCovariant(fruit);     Fruit a = fruitReader.readCovariant(apples); } public static void main(String[] args) {     f2(); }

这样就相当与告诉编译器， fruitReader的readCovariant方法接受的参数只要是满足Fruit的子类就行(包括Fruit自身)，这样子类和父类之间的关系也就关联上了。

PECS原则

上面我们看到了类似<? extends T>的用法，利用它我们可以从list里面get元素，那么我们可不可以往list里面add元素呢？我们来尝试一下：

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public class GenericsAndCovariance {     public static void main(String[] args) {         // Wildcards allow covariance:         List<? extends Fruit> flist = new ArrayList<Apple>();         // Compile Error: can't add any type of object:         // flist.add(new Apple())         // flist.add(new Orange())         // flist.add(new Fruit())         // flist.add(new Object())         flist.add(null); // Legal but uninteresting         // We Know that it returns at least Fruit:         Fruit f = flist.get(0);     } }

答案是否定，Java编译器不允许我们这样做，为什么呢？对于这个问题我们不妨从编译器的角度去考虑。因为List<? extends Fruit> flist它自身可以有多种含义：

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List<? extends Fruit> flist = new ArrayList<Fruit>(); List<? extends Fruit> flist = new ArrayList<Apple>(); List<? extends Fruit> flist = new ArrayList<Orange>();

• 当我们尝试add一个Apple的时候，flist可能指向new ArrayList<Orange>();
• 当我们尝试add一个Orange的时候，flist可能指向new ArrayList<Apple>();
• 当我们尝试add一个Fruit的时候，这个Fruit可以是任何类型的Fruit，而flist可能只想某种特定类型的Fruit，编译器无法识别所以会报错。

所以对于实现了<? extends T>的集合类只能将它视为Producer向外提供(get)元素，而不能作为Consumer来对外获取(add)元素。

如果我们要add元素应该怎么做呢？可以使用<? super T>：

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public class GenericWriting {     static List<Apple> apples = new ArrayList<Apple>();     static List<Fruit> fruit = new ArrayList<Fruit>();     static <T> void writeExact(List<T> list, T item) {         list.add(item);     }     static void f1() {         writeExact(apples, new Apple());         writeExact(fruit, new Apple());     }     static <T> void writeWithWildcard(List<? super T> list, T item) {         list.add(item)     }     static void f2() {         writeWithWildcard(apples, new Apple());         writeWithWildcard(fruit, new Apple());     }     public static void main(String[] args) {         f1(); f2();     } }

这样我们可以往容器里面添加元素了，但是使用super的坏处是以后不能get容器里面的元素了，原因很简单，我们继续从编译器的角度考虑这个问题，对于List<? super Apple> list，它可以有下面几种含义：

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List<? super Apple> list = new ArrayList<Apple>(); List<? super Apple> list = new ArrayList<Fruit>(); List<? super Apple> list = new ArrayList<Object>();

当我们尝试通过list来get一个Apple的时候，可能会get得到一个Fruit，这个Fruit可以是Orange等其他类型的Fruit。

根据上面的例子，我们可以总结出一条规律，”Producer Extends, Consumer Super”：

• “Producer Extends” – 如果你需要一个只读List，用它来produce T，那么使用? extends T。
• “Consumer Super” – 如果你需要一个只写List，用它来consume T，那么使用? super T。
• 如果需要同时读取以及写入，那么我们就不能使用通配符了。

如何阅读过一些Java集合类的源码，可以发现通常我们会将两者结合起来一起用，比如像下面这样：

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public class Collections {     public static <T> void copy(List<? super T> dest, List<? extends T> src) {         for (int i=0; i<src.size(); i++)             dest.set(i, src.get(i));     } }

类型擦除

Java泛型中最令人苦恼的地方或许就是类型擦除了，特别是对于有C++经验的程序员。类型擦除就是说Java泛型只能用于在编译期间的静态类型检查，然后编译器生成的代码会擦除相应的类型信息，这样到了运行期间实际上JVM根本就知道泛型所代表的具体类型。这样做的目的是因为Java泛型是1.5之后才被引入的，为了保持向下的兼容性，所以只能做类型擦除来兼容以前的非泛型代码。对于这一点，如果阅读Java集合框架的源码，可以发现有些类其实并不支持泛型。

说了这么多，那么泛型擦除到底是什么意思呢？我们先来看一下下面这个简单的例子：

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public class Node<T> {     private T data;     private Node<T> next;     public Node(T data, Node<T> next) {         this.data = data;         this.next = next;     }     public T getData() { return data; }     // ... }

编译器做完相应的类型检查之后，实际上到了运行期间上面这段代码实际上将转换成：

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public class Node {     private Object data;     private Node next;     public Node(Object data, Node next) {         this.data = data;         this.next = next;     }     public Object getData() { return data; }     // ... }

这意味着不管我们声明Node<String>还是Node<Integer>，到了运行期间，JVM统统视为Node<Object>。有没有什么办法可以解决这个问题呢？这就需要我们自己重新设置bounds了，将上面的代码修改成下面这样：

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public class Node<T extends Comparable<T>> {     private T data;     private Node<T> next;     public Node(T data, Node<T> next) {         this.data = data;         this.next = next;     }     public T getData() { return data; }     // ... }

这样编译器就会将T出现的地方替换成Comparable而不再是默认的Object了：

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public class Node {     private Comparable data;     private Node next;     public Node(Comparable data, Node next) {         this.data = data;         this.next = next;     }     public Comparable getData() { return data; }     // ... }

上面的概念或许还是比较好理解，但其实泛型擦除带来的问题远远不止这些，接下来我们系统地来看一下类型擦除所带来的一些问题，有些问题在C++的泛型中可能不会遇见，但是在Java中却需要格外小心。

问题一

在Java中不允许创建泛型数组，类似下面这样的做法编译器会报错：

1	List<Integer>[] arrayOfLists = new List<Integer>[2];  // compile-time error

为什么编译器不支持上面这样的做法呢？继续使用逆向思维，我们站在编译器的角度来考虑这个问题。

我们先来看一下下面这个例子：

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Object[] strings = new String[2]; strings[0] = "hi";   // OK strings[1] = 100;    // An ArrayStoreException is thrown.

对于上面这段代码还是很好理解，字符串数组不能存放整型元素，而且这样的错误往往要等到代码运行的时候才能发现，编译器是无法识别的。接下来我们再来看一下假设Java支持泛型数组的创建会出现什么后果：

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Object[] stringLists = new List<String>[];  // compiler error, but pretend it's allowed stringLists[0] = new ArrayList<String>();   // OK // An ArrayStoreException should be thrown, but the runtime can't detect it. stringLists[1] = new ArrayList<Integer>();

假设我们支持泛型数组的创建，由于运行时期类型信息已经被擦除，JVM实际上根本就不知道new ArrayList<String>()和new ArrayList<Integer>()的区别。类似这样的错误假如出现才实际的应用场景中，将非常难以察觉。

如果你对上面这一点还抱有怀疑的话，可以尝试运行下面这段代码：

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public class ErasedTypeEquivalence {     public static void main(String[] args) {         Class c1 = new ArrayList<String>().getClass();         Class c2 = new ArrayList<Integer>().getClass();         System.out.println(c1 == c2); // true     } }

问题二

继续复用我们上面的Node的类，对于泛型代码，Java编译器实际上还会偷偷帮我们实现一个Bridge method。

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public class Node<T> {     public T data;     public Node(T data) { this.data = data; }     public void setData(T data) {         System.out.println("Node.setData");         this.data = data;     } } public class MyNode extends Node<Integer> {     public MyNode(Integer data) { super(data); }     public void setData(Integer data) {         System.out.println("MyNode.setData");         super.setData(data);     } }

看完上面的分析之后，你可能会认为在类型擦除后，编译器会将Node和MyNode变成下面这样：

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public class Node {     public Object data;     public Node(Object data) { this.data = data; }     public void setData(Object data) {         System.out.println("Node.setData");         this.data = data;     } } public class MyNode extends Node {     public MyNode(Integer data) { super(data); }     public void setData(Integer data) {         System.out.println("MyNode.setData");         super.setData(data);     } }

实际上不是这样的，我们先来看一下下面这段代码，这段代码运行的时候会抛出ClassCastException异常，提示String无法转换成Integer：

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MyNode mn = new MyNode(5); Node n = mn; // A raw type - compiler throws an unchecked warning n.setData("Hello"); // Causes a ClassCastException to be thrown. // Integer x = mn.data;

如果按照我们上面生成的代码，运行到第3行的时候不应该报错(注意我注释掉了第4行)，因为MyNode中不存在setData(String data)方法，所以只能调用父类Node的setData(Object data)方法，既然这样上面的第3行代码不应该报错，因为String当然可以转换成Object了，那ClassCastException到底是怎么抛出的？

实际上Java编译器对上面代码自动还做了一个处理：

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class MyNode extends Node {     // Bridge method generated by the compiler     public void setData(Object data) {         setData((Integer) data);     }     public void setData(Integer data) {         System.out.println("MyNode.setData");         super.setData(data);     }     // ... }

这也就是为什么上面会报错的原因了，setData((Integer) data);的时候String无法转换成Integer。所以上面第2行编译器提示unchecked warning的时候，我们不能选择忽略，不然要等到运行期间才能发现异常。如果我们一开始加上Node<Integer> n = mn就好了，这样编译器就可以提前帮我们发现错误。

问题三

正如我们上面提到的，Java泛型很大程度上只能提供静态类型检查，然后类型的信息就会被擦除，所以像下面这样利用类型参数创建实例的做法编译器不会通过：

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public static <E> void append(List<E> list) {     E elem = new E();  // compile-time error     list.add(elem); }

但是如果某些场景我们想要需要利用类型参数创建实例，我们应该怎么做呢？可以利用反射解决这个问题：

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public static <E> void append(List<E> list, Class<E> cls) throws Exception {     E elem = cls.newInstance();   // OK     list.add(elem); }

我们可以像下面这样调用：

1 2	List<String> ls = new ArrayList<>(); append(ls, String.class);

实际上对于上面这个问题，还可以采用Factory和Template两种设计模式解决，感兴趣的朋友不妨去看一下Thinking in Java中第15章中关于Creating instance of types(英文版第664页)的讲解，这里我们就不深入了。

问题四

我们无法对泛型代码直接使用instanceof关键字，因为Java编译器在生成代码的时候会擦除所有相关泛型的类型信息，正如我们上面验证过的JVM在运行时期无法识别出ArrayList<Integer>和ArrayList<String>的之间的区别：

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public static <E> void rtti(List<E> list) {     if (list instanceof ArrayList<Integer>) {  // compile-time error         // ...     } } => { ArrayList<Integer>, ArrayList<String>, LinkedList<Character>, ... }

和上面一样，我们可以使用通配符重新设置bounds来解决这个问题：

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public static void rtti(List<?> list) {     if (list instanceof ArrayList<?>) {  // OK; instanceof requires a reifiable type         // ...     }

 

参考自 Thinking In Java