一篇文章教你学会Java泛型

文章目录

一、原生态类型
- 1、什么是原生态类型
- 2、使用原生态类型有什么不好
- 3、泛型的子类型规则
- 4、泛型的可擦除性
二、泛型常用形式
- 1、泛型方法
- 2、泛型单例工厂
三、有限制的通配符类型
四、类型安全的异构容器

写在前面：我是「境里婆娑」。我还是从前那个少年，没有一丝丝改变，时间只不过是考验，种在心中信念丝毫未减，眼前这个少年，还是最初那张脸，面前再多艰险不退却。
写博客的目的就是分享给大家一起学习交流，如果您对 Java感兴趣，可以关注我，我们一起学习。

前言：Java 1.5之前是没有泛型的，以前从集合中读取每个对象都必须先进行转换，如果不小心存入集合中对象类型是错的，运行过程中转换处理会报错。有了泛型之后编译器会自动帮助转换，使程序更加安全，但是要正确使用泛型才能取得事半功倍的效果。因此学会使用Java泛型，可以避免写那种冗余的代码。

一、原生态类型

1、什么是原生态类型

原生态类型（Raw type），即不带任何实际类型参数的泛型名称。如与List对应的原生态类型List。不推荐List list = new ArrayList()这样的方式，主要就会丢掉安全性（为什么不安全呢？具体请往下看），应使用List list = new ArrayList()明确类型。或者使用List（那么List与List有啥区别呢？具体可以看泛型的子类型规则部分）

2、使用原生态类型有什么不好

我们使用原生态类型List创建一个集合，并往其中放入String类与int类，并迭代循环获取List集合中的元素。


public class Test1 {public static void main(String[] args) {List list = new ArrayList<>();list.add("123");list.add(123);for (Iterator i = list.iterator(); i.hasNext();) {String str = i.next();}}}

必须使用Cast强转，否则编译会报错，在编译期报错对于开发者来说是我们最希望看到的。

但是我们根据提示，增加Cast，好了编译是不会报错了，但是运行时期会报错！ Exception in thread “main” java.lang.ClassCastException: ，这就对我们开发者来说大大增加了难度。
由此可见，原生类型是不推荐使用，是不安全的！

问1：那为什么Java还要允许使用原生态类型呢？

是为了提升兼容性，Java1.5之前已经存在很多的原生态类型的代码，那么为了让代码保持合法，并且能够兼容新代码，因此Java才对原生态类型支持！

问2：那我们使用List是不是就可以了呢，两个有啥区别呢？

两者都可以插入任意类型的对象。不严格来说，前者原生态类型List逃避了泛型检查，后者参数化类型List明确告诉编译器能够持有任意类型的对象。但是两个的区别主要是泛型存在子类型规则，具体请往下看

3、泛型的子类型规则

子类型规则，即任何参数化的类型是原生态类型的一个子类型，比如List是原生态类型List的一个子类型，而不是参数化List的子类型。

由于子类型规则的存在，我们可以将List传递给List类型的参数

public static void main(String[] args) {List<String> strings = new ArrayList<>();unsafeAdd(strings, new Integer(1));String s = strings.get(0);}private static void unsafeAdd(List list, Object o){list.add(o);}

虽然编译器是没有报错的，但是编译过程会出现以下提示，表明编写了某种不安全的未受检的操作

但是我们不能将List传递给List类型参数

 public static void main(String[] args) {List<String> strings = new ArrayList<>();unsafeAdd(strings, new Integer(1));String s = strings.get(0);}private static void unsafeAdd(List<Object> list, Object o){list.add(o);}

4、泛型的可擦除性

我们先看一下代码，看看结果：

public static void main(String[] args) {List<String> l1 = new ArrayList<String>();List<Integer> l2 = new ArrayList<Integer>();//  输出为true，擦除后的类型为ListSystem.out.println(l1.getClass() == l2.getClass());}

结果为true，这是因为：泛型信息可以在运行时被擦除，泛型在编译期有效，在运行期被删除，也就是说所有泛型参数类型在编译后都会被清除掉。归根结底不管泛型被参数具体化成什么类型，其class都是RawType.class，比如List.class，而不是List.class或List.class

事实上，在类文字中必须使用原生态类型，不准使用参数化类型（虽然允许使用数组类型和基本类型），也就是List.class、String[].class和int.class都是合法的，而List.class和List<?>.class不合法

二、泛型常用形式

1、泛型方法

常用的形式：

访问修饰符 [static][final] <类型参数列表> 返回值类型方法名([形式参数列表])

备注:[] 代可有可无的意思，泛型方法可以是实例方法或静态方法，类型参数可以在静态方法中，这是与泛型类最大的区别。

2、泛型单例工厂

有时候我们需要创建不可变但又适合许多不同类型的对象。之前的单例模式满足不可变，但不适合不同类型对象，这次我们可以利用泛型做到这点。

/*** apply方法接收与返回某个类型T的值* @param <T>*/
public interface UnaryFunction<T> {T apply(T arg);
}

现在我们需要一个恒等函数（Identity function，f(x)=x，简单理解输入等于返回的函数，会返回未被修改的参数），如果每次需要的时候都要重新创建一个，这样就会很浪费，如果泛型被具体化了，每个类型都需要一个恒等函数，但是它们被擦除后，就只需要一个泛型单例。

public class SingleGeneric {/*** 返回未被修改的参数arg*/private static UnaryFunction<Object> IDENTITY_FUNCTION = (Object arg) -> {return arg;};/*** 泛型方法identityFunction：*      返回类型：UnaryFunction<T>*      类型参数列表；<T>* 忽略强制转换未受检查的警告：* 因为返回未被修改的参数arg，所以我们知道无论T的值是什么，都是类型安全的* @param <T>* @return*/@SuppressWarnings("unchacked")public static <T> UnaryFunction<T> identityFunction(){return (UnaryFunction<T>) IDENTITY_FUNCTION;}public static void main(String[] args) {String[] strings = {"hello","world"};UnaryFunction<String> sameString = identityFunction();for (String s: strings) {System.out.println(sameString.apply(s));}Number[] numbers = {1,2.0};UnaryFunction<Number> sameNumber = identityFunction();for (Number n: numbers) {System.out.println(sameNumber.apply(n));}}
}

三、有限制的通配符类型

之前提到过的无限制的通配符类型就提到过，无限制的通配符单纯只使用"?"（如Set<?>），而有限制的通配符往往有如下形式，通过有限制的通配符类型可以大大提升API的灵活性。

（1）E的某种超类集合(接口)：Collection<? super E>、Interface<? super E>、

（2）E的某个子类集合(接口)：Collection<? extends E>、Interface<? extends E>

问1：那么什么时候使用extends关键字，什么什么使用super关键字呢？

有这样一个PECS(producer-extends, consumer-super)原则：如果参数化类型表示一个T生产者，就使用<? extends T>，如果表示消费者就是<? super T>。可以这样助记

问2：什么是生产者，什么是消费者

1）生产者：产生T不能消费T，针对collection，对每一项元素操作时，此时这个集合时生产者（生产元素），使用Collection<? extends T>。只能读取，不能写入

2）消费者：不能生产T，只消费使用T，针对collection，添加元素collection中，此时集合消费元素，使用Collection<? super T>，只能添加T的子类及自身，用Object接收读取到的元素

举例说明：生产者

1）你不能在List<? extends Number>中add操作，因为你增加Integer可能会指向List，你增加Double可能会指向Integer。根本不能确保列表中最终保存的是什么类型。换句话说Number的所有子类从类关系上来说都是平级的，毫无联系的。并不能依赖类型推导（类型转换），编译器是无法确实的实际类型的！

2）但是你可以读取其中的元素，并保证读取出来的一定是Number的子类（包括Number），编译并不会报错，换句话说编译器知道里面的元素都是Number的子类，不管是Integer还是Double，编译器都可以向下转型

举例说明：消费者

1）编译器不知道存入列表中的Number的超类具体是哪一个，只能使用Object去接收。因为你增加Integer可能会指向List，你增加Double可能会指向Integer。根本不能确保列表中最终保存的是什么类型。换句话说Number的所有子类从类关系上来说都是平级的，毫无联系的。并不能依赖类型推导（类型转换），编译器是无法确实的实际类型的！

举例说明：消费者

1）编译器不知道存入列表中的Number的超类具体是哪一个，只能使用Object去接收

2）但是只可以添加Interger及其子类（因为Integer子类也是Integer，向上转型），不能添加Object、Number。因为插入Number对象可以指向List对象，你插入Object，因为可能会指向List对象

注意：Comparable/Comparator都是消费者，通常使用Comparator<? Super T>），可以将上述的max方法进行改造：

 public static <T extends Comparable<? super T>> T max(List<? extends T> list) {Iterator<? extends T> iterator = list.iterator();T result = iterator.next();while (iterator.hasNext()) {T t = iterator.next();if (t.compareTo(result) > 0) {result = t;}}return result;}

四、类型安全的异构容器

泛型一般用于集合，如Set和Map等，这些容器都是被参数化了（类型已经被具体化了，参数个数已被固定）的容器，只能限制每个容器只能固定数目的类型参数，比如Set只能一个类型参数，表示它的元素类型，Map有两个参数，表示它的键与值。

但是有时候你会需要更多的灵活性，比如关系数据库中可以有任意多的列，如果以类型的方式所有列就好了。有一种方法可以实现，那就是使用将键进行参数化而不是容器参数化，然后将参数化的键提交给容器，来插入或获取值，用泛型来确保值的类型与它的键相符。

我们实现一个Favorite类，可以通过Class类型来获取相应的value值，键可以是不同的Class类型（键Class<?>参数化，而不是Map<?>容器参数化）。利用Class.cast方法将键与键值的类型对应起来，不会出现 favorites.putFavorite(Integer.class, “Java”) 这样的情况。

public class Favorites {private Map<Class<?>, Object> favorites = new HashMap<>();public <T> void putFavorite(Class<T> type, T instance){if (type == null) {throw new NullPointerException("Type is null");}favorites.put(type, type.cast(instance));}public <T> T getFavorite(Class<T> type){return type.cast(favorites.get(type));}
}

Favorites实例是类型安全（typesafe）的，你请求String时，不会返回给你Integer，同时也是异构（heterogeneous）的，不像普通map，它的键都可以是不同类型的。因此，我们将Favorites称之为类型安全的异构容器（typesafe heterogeneous container）。

 public static void main(String[] args) {Favorites favorites = new Favorites();favorites.putFavorite(String.class, "Java");favorites.putFavorite(Integer.class, 64);favorites.putFavorite(Class.class, Favorites.class);String favoriteString = favorites.getFavorite(String.class);Integer favoriteInteger = favorites.getFavorite(Integer.class);Class<?> favoriteClass = favorites.getFavorite(Class.class);// 输出 Java 40 FavoritesSystem.out.printf("%s %x %s%n", favoriteString, favoriteInteger, favoriteClass.getSimpleName());}

Favorites类局限性在于它不能用于在不可具体化的类型中，换句话说你可以保存String，String[]，但是你不能保存List，因为你无法为List获取一个Class对象：List.class是错误的，不管是List还是List都会公用一个List.class对象。

附1：相关泛型术语
　　1）参数化的类型：List
　　2）实际类型参数：String
　　3）泛型：List
　　4）形式类型参数：E
　　5）无限制通配符类型：List<?>
　　6）原生态类型：List
　　7）递归类型限制：<T extends Comparable>
　　8）有限制的通配符类型：List<? extends Number>
　　9）泛型方法：static List union()
　　10）类型令牌：String.class
附2：常用的形式类型参数
　　1）T 代表一般的任何类。
　　2）E 代表 Element 的意思，或者 Exception 异常的意思。
　　3）K 代表 Key 的意思。
　　4）V 代表 Value 的意思，通常与 K 一起配合使用。
　　5）S 代表 Subtype 的意思
　　
参考文章：如何正确使用Java泛型