Java 泛型的理解与深入

泛型是JAVA SE 1.5的新特性，泛型的本质是参数化类型，也就是说所操作的数据类型被指定为一个参数。这种参数类型可以用在类、接口和方法的创建中，分别称为泛型类、泛型接口、泛型方法。

JAVA语言引入泛型的好处是安全简单。

在JAVA SE 1.5之前，没有泛型的情况的下，通过对类型Object的引用来实现参数的“任意化”，“任意化”带来的缺点是要做显式的强制类型转换，而这种转换是要求开发者对实际参数类型可以预知的情况下进行的。对于强制类型转换错误的情况，编译器可能不提示错误，在运行的时候才出现异常，这是一个安全隐患。

泛型的好处是在编译的时候检查类型安全，并且所有的强制转换都是自动和隐式的，提高代码的重用率。

泛型在使用中还有一些规则和限制：
1、泛型的类型参数只能是类类型（包括自定义类），不能是简单类型。
2、同一种泛型可以对应多个版本（因为参数类型是不确定的），不同版本的泛型类实例是不兼容的。
3、泛型的类型参数可以有多个。
4、泛型的参数类型可以使用extends语句，例如<T extends superclass>。习惯上成为“有界类型”。
5、泛型的参数类型还可以是通配符类型。例如Class<?> classType = Class.forName(java.lang.String);

泛型还有接口、方法等等，内容很多，需要花费一番功夫才能理解掌握并熟练应用。在此给出曾经了解泛型时候写出的两个例子（根据看的印象写的），实现同样的功能，一个使用了泛型，一个没有使用，通过对比，可以很快学会泛型的应用，学会这个基本上学会了泛型70%的内容。
例子一：使用了泛型
public class Gen<T> {  
    private T ob;   //定义泛型成员变量  
   
    public Gen(T ob) {  
        this.ob = ob;  
    }  
   
    public T getOb() {  
        return ob;  
    }  
   
    public void setOb(T ob) {  
        this.ob = ob;  
    }  
   
    public void showTyep() {  
        System.out.println("T的实际类型是: " + ob.getClass().getName());  
    }  
}  
   
public class GenDemo {  
    public static void main(String[] args){  
        //定义泛型类Gen的一个Integer版本  
        Gen<Integer> intOb=new Gen<Integer>(88);  
        intOb.showTyep();  
        int i= intOb.getOb();  
        System.out.println("value= " + i);  
   
        System.out.println("----------------------------------");  
   
        //定义泛型类Gen的一个String版本  
        Gen<String> strOb=new Gen<String>("Hello Gen!");  
        strOb.showTyep();  
        String s=strOb.getOb();  
        System.out.println("value= " + s);  
    }  
} 
例子二：没有使用泛型
public class Gen2 {  
    private Object ob;      //定义一个通用类型成员  
   
    public Gen2(Object ob) {  
        this.ob = ob;  
    }  
   
    public Object getOb() {  
        return ob;  
    }  
   
    public void setOb(Object ob) {  
        this.ob = ob;  
    }  
   
    public void showTyep() {  
        System.out.println("T的实际类型是: " + ob.getClass().getName());  
    }  
}  
   
   
public class GenDemo2 {  
    public static void main(String[] args) {  
        //定义类Gen2的一个Integer版本  
        Gen2 intOb = new Gen2(new Integer(88));  
        intOb.showTyep();  
        int i = (Integer) intOb.getOb();  
        System.out.println("value= " + i);  
   
        System.out.println("----------------------------------");  
   
        //定义类Gen2的一个String版本  
        Gen2 strOb = new Gen2("Hello Gen!");  
        strOb.showTyep();  
        String s = (String) strOb.getOb();  
        System.out.println("value= " + s);  
    }  
} 
运行结果：

两个例子运行Demo结果是相同的,控制台输出结果如下：

T的实际类型是: java.lang.Integer
value= 88
----------------------------------
T的实际类型是: java.lang.String
value= Hello Gen!

Process finished with exit code 0


看明白这个，以后基本的泛型应用和代码阅读就不成问题了。
一、逐渐深入泛型

1、没有任何重构的原始代码：
有两个类如下，要构造两个类的对象，并打印出各自的成员x。
public class StringFoo {  
    private String x;  
   
    public StringFoo(String x) {  
        this.x = x;  
    }  
   
    public String getX() {  
        return x;  
    }  
   
    public void setX(String x) {  
        this.x = x;  
    }  
}  
   
public class DoubleFoo {  
    private Double x;  
   
    public DoubleFoo(Double x) {  
        this.x = x;  
    }  
   
    public Double getX() {  
        return x;  
    }  
   
    public void setX(Double x) {  
        this.x = x;  
    }  
} 
以上的代码是在无聊，就不写如何实现了。

2、对上面的两个类进行重构，写成一个类：
因为上面的类中，成员和方法的逻辑都一样，就是类型不一样，因此考虑重构。Object是所有类的父类，因此可以考虑用Object做为成员类型，这样就可以实现通用了，实际上就是“Object泛型”，暂时这么称呼。
public class ObjectFoo {  
    private Object x;  
   
    public ObjectFoo(Object x) {  
        this.x = x;  
    }  
   
    public Object getX() {  
        return x;  
    }  
   
    public void setX(Object x) {  
        this.x = x;  
    }  
} 
写出Demo方法如下
public class ObjectFooDemo {  
    public static void main(String args[]) {  
        ObjectFoo strFoo = new ObjectFoo("Hello Generics!");  
        ObjectFoo douFoo = new ObjectFoo(new Double("33"));  
        ObjectFoo objFoo = new ObjectFoo(new Object());  
   
        System.out.println("strFoo.getX="+(String)strFoo.getX());  
        System.out.println("douFoo.getX="+(Double)douFoo.getX());  
        System.out.println("objFoo.getX="+(Object)objFoo.getX());  
    }  
} 
运行结果如下：

strFoo.getX=Hello Generics!
douFoo.getX=33.0
objFoo.getX=java.lang.Object@19821f

解说：在Java 5之前，为了让类有通用性，往往将参数类型、返回类型设置为Object类型，当获取这些返回类型来使用时候，必须将其“强制”转换为原有的类型或者接口，然后才可以调用对象上的方法。

3、Java5泛型来实现
强制类型转换很麻烦，我还要事先知道各个Object具体类型是什么，才能做出正确转换。否则，要是转换的类型不对，比如将“Hello Generics!”字符串强制转换为Double,那么编译的时候不会报错，可是运行的时候就挂了。那有没有不强制转换的办法----有，改用 Java5泛型来实现。
public class GenericsFoo<T> {  
    private T x;  
   
    public GenericsFoo(T x) {  
        this.x = x;  
    }  
   
    public T getX() {  
        return x;  
    }  
   
    public void setX(T x) {  
        this.x = x;  
    }  
}  
   
public class GenericsFooDemo {  
    public static void main(String args[]){  
        GenericsFoo<String> strFoo=new GenericsFoo<String>("Hello Generics!");  
        GenericsFoo<Double> douFoo=new GenericsFoo<Double>(new Double("33"));  
        GenericsFoo<Object> objFoo=new GenericsFoo<Object>(new Object());  
   
        System.out.println("strFoo.getX="+strFoo.getX());  
        System.out.println("douFoo.getX="+douFoo.getX());  
        System.out.println("objFoo.getX="+objFoo.getX());  
    }  
} 
运行结果：

strFoo.getX=Hello Generics!
douFoo.getX=33.0
objFoo.getX=java.lang.Object@19821f

和使用“Object泛型”方式实现结果的完全一样，但是这个Demo简单多了，里面没有强制类型转换信息。

下面解释一下上面泛型类的语法：
使用<T>来声明一个类型持有者名称，然后就可以把T当作一个类型代表来声明成员、参数和返回值类型。

当然T仅仅是个名字，这个名字可以自行定义。

class GenericsFoo<T> 声明了一个泛型类，这个T没有任何限制，实际上相当于Object类型，实际上相当于 class GenericsFoo<T extends Object>。

与Object泛型类相比，使用泛型所定义的类在声明和构造实例的时候，可以使用“<实际类型>”来一并指定泛型类型持有者的真实类型。类如
GenericsFoo<Double> douFoo=new GenericsFoo<Double>(new Double("33"));

当然，也可以在构造对象的时候不使用尖括号指定泛型类型的真实类型，但是你在使用该对象的时候，就需要强制转换了。比如：GenericsFoo douFoo=new GenericsFoo(new Double("33"));

实际上，当构造对象时不指定类型信息的时候，默认会使用Object类型，这也是要强制转换的原因。


二、泛型的高级应用

1、限制泛型的可用类型
在上面的例子中，由于没有限制class GenericsFoo<T>类型持有者T的范围，实际上这里的限定类型相当于Object，这和“Object泛型”实质是一样的。限制比如我们要限制T为集合接口类型。只需要这么做：
class GenericsFoo<T extends Collection>，这样类中的泛型T只能是Collection接口的实现类，传入非Collection接口编译会出错。

注意：<T extends Collection>这里的限定使用关键字 extends，后面可以是类也可以是接口。但这里的extends已经不是继承的含义了，应该理解为T类型是实现Collection接口的类型，或者T是继承了XX类的类型。

下面继续对上面的例子改进，我只要实现了集合接口的类型：
public class CollectionGenFoo<T extends Collection> {  
    private T x;  
   
    public CollectionGenFoo(T x) {  
        this.x = x;  
    }  
   
    public T getX() {  
        return x;  
    }  
   
    public void setX(T x) {  
        this.x = x;  
    }  
} 
实例化的时候可以这么写：
public class CollectionGenFooDemo {  
    public static void main(String args[]) {  
        CollectionGenFoo<ArrayList> listFoo = null;  
        listFoo = new CollectionGenFoo<ArrayList>(new ArrayList());  
   
        //出错了,不让这么干。  
//        CollectionGenFoo<Collection> listFoo = null;  
//        listFoo=new CollectionGenFoo<ArrayList>(new ArrayList());  
   
        System.out.println("实例化成功!");  
    }  
} 
当前看到的这个写法是可以编译通过，并运行成功。可是注释掉的两行加上就出错了，因为<T extends Collection>这么定义类型的时候，就限定了构造此类实例的时候T是确定的一个类型，这个类型实现了Collection接口，但是实现 Collection接口的类很多很多，如果针对每一种都要写出具体的子类类型，那也太麻烦了，我干脆还不如用Object通用一下。别急，泛型针对这种情况还有更好的解决方案，那就是“通配符泛型”。


2、通配符泛型

为了解决类型被限制死了不能动态根据实例来确定的缺点，引入了“通配符泛型”，针对上面的例子，使用通配泛型格式为<? extends Collection>，“？”代表未知类型，这个类型是实现Collection接口。那么上面实现的方式可以写为：
public class CollectionGenFooDemo {  
    public static void main(String args[]) {  
        CollectionGenFoo<ArrayList> listFoo = null;  
        listFoo = new CollectionGenFoo<ArrayList>(new ArrayList());  
   
        //现在不会出错了  
        CollectionGenFoo<? extends Collection> listFoo1 = null;  
        listFoo=new CollectionGenFoo<ArrayList>(new ArrayList());  
   
        System.out.println("实例化成功!");  
    }  
} 
注意：
1、如果只指定了<?>，而没有extends，则默认是允许Object及其下的任何Java类了。也就是任意类。
2、通配符泛型不单可以向下限制，如<? extends Collection>，还可以向上限制，如<? super Double>，表示类型只能接受Double及其上层父类类型，如Number、Object类型的实例。
3、泛型类定义可以有多个泛型参数，中间用逗号隔开，还可以定义泛型接口，泛型方法。这些都泛型类中泛型的使用规则类似。

3.泛型方法
　　是否拥有泛型方法，与其所在的类是否泛型没有关系。要定义泛型方法，只需将泛型参数列表置于返回值前。如: 　　public class ExampleA { 　　public <T> void f(T x) { 　　System.out.println(x.getClass().getName()); 　　} 　　public static void main(String[] args) { 　　ExampleA ea = new ExampleA(); 　　ea.f(" "); 　　ea.f(10); 　　ea.f('a'); 　　ea.f(ea); 　　} 　　} 　　输出结果： 　　java.lang.String 　　java.lang.Integer 　　java.lang.Character 　　ExampleA 　　使用泛型方法时，不必指明参数类型，编译器会自己找出具体的类型。泛型方法除了定义不同，调用就像普通方法一样。 　　需要注意，一个static方法，无法访问泛型类的类型参数，所以，若要static方法需要使用泛型能力，必须使其成为泛型方法。

三、泛型的综合运用实例（代码参考java参考大全，有改动）
public class AvgGen<T extends Number> {  
  public AvgGen() {  
  }  
 
  public double getAvg(T[] arr) {  
    double sum = 0.0;  
    for (int i = 0; i < arr.length; i++) {  
      sum = sum + arr[i].doubleValue();  
    }  
    return sum / arr.length;  
  }  
 
  public static void main(String[] args) {  
    // 整形数组求均值  
    System.out.println("整形数组{1, 3}求均值:");  
    Integer[] intArr = { 1, 3 };  
    AvgGen<Integer> intObj = new AvgGen<Integer>();  
    double intavg = intObj.getAvg(intArr);  
    System.out.println(intavg);  
    System.out.println();  
    // 浮点型数组求均值  
    System.out.println("浮点型数组{1.1f,2.9f}求均值:");  
    Float[] fArr = { 1.1f, 2.9f };  
    AvgGen<Float> fObj = new AvgGen<Float>();  
    double favg = fObj.getAvg(fArr);  
    System.out.println(favg);  
  }  
}  
 
/** 
* Created by IntelliJ IDEA. User: leizhimin Date: 2007-9-18 Time: 11:08:14 使用通配符泛型参数：泛型参数是可变的，可在运行时来确定。 
*/ 
public class AvgCompGen<T extends Number> {  
  private T[] arr;  
 
  /** 
   * 构造函数 
   *  
   * @param arr 
   */ 
  public AvgCompGen(T[] arr) {  
    this.arr = arr;  
  }  
 
  /** 
   * 求数组均值 
   *  
   * @return 数组均值 
   */ 
  public double getAvg() {  
    double sum = 0.0;  
    for (int i = 0; i < arr.length; i++) {  
      sum += arr[i].doubleValue();  
    }  
    return sum / arr.length;  
  }  
 
  /** 
   * 比较数组均值是否相等(使用通配符泛型参数) AvgCompGen<?>表示可以匹配任意的AvgCompGen对象，有点类似Object 
   *  
   * @param x 目标对象 
   * @return 均值是否相等 
   */ 
  public boolean sameAvg(AvgCompGen<?> x) {  
    if (getAvg() == x.getAvg())  
      return true;  
    return false;  
  }  
 
  /** 
   * 主函数：用来测试 
   *  
   * @param args 
   */ 
  public static void main(String[] args) {  
    // 创建参数为Integer类型泛型对象  
    Integer[] intArr = { 1, 3 };  
    AvgCompGen<Integer> intObj = new AvgCompGen<Integer>(intArr);  
    System.out.println("intObj的平均值=" + intObj.getAvg());  
    // 创建参数为Double类型泛型对象  
    Double[] douArr = { 1.0, 3.0 };  
    AvgCompGen<Double> douObj = new AvgCompGen<Double>(douArr);  
    System.out.println("douObj的平均值=" + douObj.getAvg());  
    // 创建参数为Float类型泛型对象  
    Float[] fltArr = { 0.8f, 3.2f };  
    AvgCompGen<Float> fltObj = new AvgCompGen<Float>(fltArr);  
    System.out.println("fltObj的平均值=" + fltObj.getAvg());  
    // 两两比较对象的均值是否相等  
    if (intObj.sameAvg(douObj))  
      System.out.println("intArr与douArr的值相等,结果为:" + " intObj的均值=" + intObj.getAvg()  
          + "   douObj的均值=" + douObj.getAvg());  
    else 
      System.out.println("intArr与douArr的值不相等,结果为:" + " intObj的均值=" + intObj.getAvg()  
          + "   douObj的均值=" + douObj.getAvg());  
    if (intObj.sameAvg(fltObj))  
      System.out.println("intArr与fltObj的值相等,结果为:" + " intObj的均值=" + intObj.getAvg()  
          + "   fltObj的均值=" + fltObj.getAvg());  
    else 
      System.out.println("intArr与fltObj的值不相等,结果为:" + " intObj的均值=" + intObj.getAvg()  
          + "   fltObj的均值=" + fltObj.getAvg());  
    if (douObj.sameAvg(fltObj))  
      System.out.println("douObj与fltObj的值相等,结果为:" + " douObj的均值=" + intObj.getAvg()  
          + "   fltObj的均值=" + fltObj.getAvg());  
    else 
      System.out.println("douObj与fltObj的值不相等,结果为:" + " douObj的均值=" + intObj.getAvg()  
          + "   fltObj的均值=" + fltObj.getAvg());  
  }  
}  
 
/** 
* Created by IntelliJ IDEA. User: leizhimin Date: 2007-9-18 Time: 16:09:37 三种坐标，用泛型实现坐标打印 
*/ 
public class TwoD {  
  int x, y;  
 
  public TwoD(int x, int y) {  
    this.x = x;  
    this.y = y;  
  }  
}  
 
class ThreeD extends TwoD {  
  int z;  
 
  public ThreeD(int x, int y, int z) {  
    super(x, y);  
    this.z = z;  
  }  
}  
 
class FourD extends ThreeD {  
  int t;  
 
  public FourD(int x, int y, int z, int t) {  
    super(x, y, z);  
    this.t = t;  
  }  
}  
 
/** 
* 存放泛型坐标的（数据结构）类 
*/ 
class Coords<T extends TwoD> {  
  T[] coords;  
 
  public Coords(T[] coords) {  
    this.coords = coords;  
  }  
}  
 
/** 
* 工具类--打印泛型数据 并给出一个测试方法 
*/ 
class BoundeWildcard {  
  static void showXY(Coords<?> c) {  
    System.out.println("X Y Coordinates:");  
    for (int i = 0; i < c.coords.length; i++) {  
      System.out.println(c.coords[i].x + "  " + c.coords[i].y);  
    }  
    System.out.println();  
  }  
 
  static void showXYZ(Coords<? extends ThreeD> c) {  
    System.out.println("X Y Z Coordinates:");  
    for (int i = 0; i < c.coords.length; i++) {  
      System.out.println(c.coords[i].x + "  " + c.coords[i].y + "  " + c.coords[i].z);  
    }  
    System.out.println();  
  }  
 
  static void showAll(Coords<? extends FourD> c) {  
    System.out.println("X Y Z Coordinates:");  
    for (int i = 0; i < c.coords.length; i++) {  
      System.out.println(c.coords[i].x + "  " + c.coords[i].y + "  " + c.coords[i].z + "  " 
          + c.coords[i].t);  
    }  
    System.out.println();  
  }  
 
  public static void main(String args[]) {  
    TwoD td[] = { new TwoD(0, 0), new TwoD(7, 9), new TwoD(18, 4), new TwoD(-1, -23) };  
    Coords<TwoD> tdlocs = new Coords<TwoD>(td);  
    System.out.println("Contents of tdlocs.");  
    showXY(tdlocs);  
    FourD fd[] = { new FourD(1, 2, 3, 4), new FourD(6, 8, 14,, new FourD(22, 9, 4, 9),  
        new FourD(3, -2, -23, 17) };  
    Coords<FourD> fdlocs = new Coords<FourD>(fd);  
    System.out.println("Contents of fdlocs.");  
    showXY(fdlocs);  
    showXYZ(fdlocs);  
    showAll(fdlocs);  
  }  
} 
注意：多个泛型类、接口，接口、类继承，这种设计方式往往会导致泛型很复杂，程序的可读性急剧下降，程序中应该兼顾代码的可读性。

总结：
泛型其实就是一个类型的参数化，没有它程序照样写！把这句话记心里。有两层含义：一是泛型的实质，二是要知其然还要知其所以然。泛型不可怕，泛型的设计也从开发者角度出发的，使用得当会大大提高代码的安全性和简洁性。