概述
泛型类
泛型方法
泛型接口
边界符
通配符
PECS原则
类型擦除

概述

Java 泛型（generics）是 JDK 5 中引入的一个新特性, 泛型提供了编译时类型安全检测机制，该机制允许程序员在编译时检测到非法的类型。

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。

泛型类

我们先看一个简单的类的定义

package com.xgj.master.java.generics;public class GenericClass {private String str;public String getStr() {return str;}public void setStr(String str) {this.str = str;}}

这是我们最常见的做法，但是这样做有一个坏处 GenericClass类中只能装入String类型的元素，如果我们以后要扩展该类，比如转入Integer类型的元素，就不想要从重写，代码得不到复用，我们使用泛型可以很好地解决这个问题。

如下代码所示：

package com.xgj.master.java.generics;
/*** * @ClassName: GenericClass* @Description: 泛型类* @author: Mr.Yang* @date: 2017年8月31日 下午3:35:38* @param <T>*/
public class GenericClass<T> {// T stands for "Type"private T  t;public T getT() {return t;}public void setT(T t) {this.t = t;}}

这样GenericClass类便可以得到复用，我们可以将T替换成任何我们想要的类型：

假设我们有一个User类

GenericClass<String> string = new GenericClass<String>();
GenericClass<User> user = new GenericClass<User>();

另外一个示例：

package com.xgj.master.java.generics;import org.junit.Test;public class NormalClass {@Testpublic void test(){Point point = new Point();point.setX(100); // int -> Integer -> Objectpoint.setY(20);int x = (Integer) point.getX(); // 必须向下转型int y = (Integer) point.getY();System.out.println("This point is：" + x + ", " + y);point.setX(25.4); // double -> Integer -> Objectpoint.setY("字符串");// 必须向下转型double m = (Double) point.getX();// 运行期间抛出异常  java.lang.ClassCastException: java.lang.String cannot be cast to java.lang.Doubledouble n = (Double) point.getY(); System.out.println("This point is：" + m + ", " + n);}/*** * @ClassName: Point* @Description: 一般内部类* @author: Mr.Yang* @date: 2017年8月31日 下午8:23:31*/class Point {Object x = 0;Object y = 0;public Object getX() {return x;}public void setX(Object x) {this.x = x;}public Object getY() {return y;}public void setY(Object y) {this.y = y;}}
}

上面的代码中，设置值的时候不会有任何问题，但是取值时，要向下转型，因向下转型存在着风险，而且编译期间不容易发现，只有在运行期间才会抛出异常，所以要尽量避免使用向下转型。

那么，有没有更好的办法，既可以不使用重载（有重复代码），又能把风险降到最低呢？

可以使用泛型类(Java Class)，它可以接受任意类型的数据。所谓“泛型”，就是“宽泛的数据类型”，任意的数据类型。

package com.xgj.master.java.generics;import org.junit.Test;public class GenericClass2 {@Testpublic void test() {Point<Integer, Integer> point = new Point<Integer, Integer>();point.setX(200);point.setY(400);Integer x = point.getX();Integer y = point.getY();System.out.println("This point is：" + x + ", " + y);Point<Double, String> point2 = new Point<Double, String>();point2.setX(25.4);point2.setY("字符串");double m = point2.getX();String n = point2.getY();System.out.println("This point is：" + m + ", " + n);}/*** * * @ClassName: Point* * @Description: 泛型类， T1 T2仅表示类型* * @author: Mr.Yang* * @date: 2017年8月31日 下午8:20:26* * @param <T1>* @param <T2>*/class Point<T1, T2> {T1 x;T2 y;public T1 getX() {return x;}public void setX(T1 x) {this.x = x;}public T2 getY() {return y;}public void setY(T2 y) {this.y = y;}}
}

与普通类的定义相比，上面的代码在类名后面多出了 <T1, T2>，T1, T2 是自定义的标识符，也是参数，用来传递数据的类型，而不是数据的值，我们称之为类型参数。在泛型中，不但数据的值可以通过参数传递，数据的类型也可以通过参数传递。T1, T2 只是数据类型的占位符，运行时会被替换为真正的数据类型。

传值参数（我们通常所说的参数）由小括号包围，如 (int x, double y)，类型参数（泛型参数）由尖括号包围，多个参数由逗号分隔，如 <T> 或 <T, E>。

类型参数需要在类名后面给出。一旦给出了类型参数，就可以在类中使用了。类型参数必须是一个合法的标识符，习惯上使用单个大写字母，通常情况下，K 表示键，V 表示值，E 表示异常或错误，T 表示一般意义上的数据类型。

泛型类在实例化时必须指出具体的类型，也就是向类型参数传值，格式为：

  className variable<dataType1, dataType2> = new className<dataType1, dataType2>();

也可以省略等号右边的数据类型，但是会产生警告，即：

    className variable<dataType1, dataType2> = new className();

因为在使用泛型类时指明了数据类型，赋给其他类型的值会抛出异常，既不需要向下转型，也没有潜在的风险，比上个例子的自动装箱和向上转型要更加实用。

泛型方法

我们可以编写一个泛型方法，该方法在调用时可以接收不同类型的参数。根据传递给泛型方法的参数类型，编译器适当地处理每一个方法调用。

定义泛型方法的规则如下：

所有泛型方法声明都有一个类型参数声明部分（由尖括号分隔），该类型参数声明部分在方法返回类型之前, 比如 public static <E> void printArray( E[] inputArray ){}
每一个类型参数声明部分包含一个或多个类型参数，参数间用逗号隔开。一个泛型参数，也被称为一个类型变量，是用于指定一个泛型类型名称的标识符。
类型参数能被用来声明返回值类型，并且能作为泛型方法得到的实际参数类型的占位符。
泛型方法体的声明和其他方法一样。注意类型参数只能代表引用型类型，不能是short, int, double, long, float, byte, char等原始类型。但是传递基本类型不会报错，因为它们会自动装箱成对应的包装类。

那如何声明一个泛型方法呢？声明一个泛型方法很简单，只要在返回类型前面加上一个类似<K, V>的形式就可以啦。

比如：

package com.xgj.master.java.generics;/*** * @ClassName: Compare* @Description: 内部类，泛型类* @author: Mr.Yang* @date: 2017年8月31日 下午4:01:39* @param <K>* @param <V>*/
public class ComPare<K,V> {private K  key;private V value;/*** * @Title:ComPare* @Description:构造函数* @param key* @param value* @return */public  ComPare(K key, V value) {this.key = key;this.value = value;}public K getKey() {return key;}public void setKey(K key) {this.key = key;}public V getValue() {return value;}public void setValue(V value) {this.value = value;}
}

package com.xgj.master.java.generics;/*** * @ClassName: GenericMethod* @Description: 泛型方法演示* @author: Mr.Yang* @date: 2017年8月31日 下午3:54:23*/
public class GenericMethod {/*** * @Title: cofer* @Description: 泛型方法* @param c1* @param c2* @return* @return: boolean*/public static <K,V> boolean cofer(ComPare<K,V> c1, ComPare<K,V> c2){return c1.getKey().equals(c2.getKey()) && c1.getValue().equals(c2.getValue());}// 泛型方法的调用public static void main(String[] args) {ComPare<Integer,String> c1 = new ComPare<>(1, "dog");ComPare<Integer, String> c2 = new ComPare<>(2, "cat");boolean different = GenericMethod.<Integer,String>cofer(c1, c2);System.out.println("c1 compares c2,and the result is  " + different);// 在Java1.7/1.8可以利用type inference，让Java自动推导出相应的类型参数boolean different2 = GenericMethod.cofer(c1, c2);System.out.println("自动推导 c1 compares c2,and the result is  " + different2);}
}

运行结果：

c1 compares c2,and the result is  false
自动推导 c1 compares c2,and the result is  false

第二个示例：

package com.xgj.master.java.generics;public class GenericMethod2 {public static void main(String[] args) {// 实例化泛型类Point<Integer, Integer> p1 = new Point<Integer, Integer>();p1.setX(10);p1.setY(20);p1.printPoint(p1.getX(), p1.getY());Point<Double, String> p2 = new Point<Double, String>();p2.setX(25.4);p2.setY("字符串");p2.printPoint(p2.getX(), p2.getY());}
}/*** * * @ClassName: Point* * @Description: 定义泛型类* * @author: Mr.Yang* * @date: 2017年8月31日 下午7:59:47* * @param <T1>* @param <T2>*/
class Point<T1, T2> {T1 x;T2 y;public T1 getX() {return x;}public void setX(T1 x) {this.x = x;}public T2 getY() {return y;}public void setY(T2 y) {this.y = y;}/*** * * @Title: printPoint* * @Description: 定义泛型方法* * @param x* @param y* * @return: void*/public <T1, T2> void printPoint(T1 x, T2 y) {T1 m = x;T2 n = y;System.out.println("This point is：" + m + ", " + n);}
}

上面的代码中定义了一个泛型方法 printPoint()，既有普通参数，也有类型参数，类型参数需要放在修饰符后面、返回值类型前面。一旦定义了类型参数，就可以在参数列表、方法体和返回值类型中使用了。

与使用泛型类不同，使用泛型方法时不必指明参数类型，编译器会根据传递的参数自动查找出具体的类型。泛型方法除了定义不同，调用就像普通方法一样。

注意：泛型方法与泛型类没有必然的联系，泛型方法有自己的类型参数，在普通类中也可以定义泛型方法。

泛型方法 printPoint() 中的类型参数 T1, T2 与泛型类 Point 中的 T1, T2 没有必然的联系，也可以使用其他的标识符代替：

public static <V1, V2> void printPoint(V1 x, V2 y){V1 m = x;V2 n = y;System.out.println("This point is：" + m + ", " + n);
}

泛型接口

在Java中也可以定义泛型接口, 示例如下：

package com.xgj.master.java.generics;public class GenericInterfaceDemo {public static void main(String arsg[]) {Info<String> obj = new InfoImp<String>("xiaogongjiang");System.out.println("Length Of String: " + obj.getVar().length());}
}/*** * * @ClassName: Info* * @Description: 定义泛型接口* * @author: Mr.Yang* * @date: 2017年8月31日 下午8:06:06* * @param <T>*/
interface Info<T> {public T getVar();
}/*** * * @ClassName: InfoImp* * @Description: 泛型接口实现类* * @author: Mr.Yang* * @date: 2017年8月31日 下午8:06:13* * @param <T>*/
class InfoImp<T> implements Info<T> {private T var;/*** * * @Title:InfoImp* *              定义泛型构造方法* * @param var*/public InfoImp(T var) {this.setVar(var);}public void setVar(T var) {this.var = var;}public T getVar() {return this.var;}
}

边界符

在上面的代码中 , 类型参数可以接受任意的数据类型，只要它是被定义过的。但是，很多时候我们只需要一部分数据类型就够了，用户传递其他数据类型可能会引起错误。例如，编写一个泛型函数用于返回不同类型数组（Integer 数组、Double 数组、Character 数组等）中的最大值

package com.xgj.master.java.generics;public class CountGreater {public static <T>  int  countGreaterThan(T[] array, T element){int count = 0 ;// 遍历数组for (T t : array) {if (t > element) {   // 编译报错++count;}}return count;}
}

但是这样很明显是错误的，因为除了short, int, double, long, float, byte, char等原始类型，其他的类并不一定能使用操作符>，所以编译器报错，那怎么解决这个问题呢？答案是使用边界符, 通过 extends 关键字可以限制泛型的类型.

public interface Comparable<T> {public int comparable(T t);
}

做个类似下面这样的声明，这样就等于告诉编译器类型参数T代表的都是实现了Comparable接口的类，这样等于告诉编译器它们都至少实现了compareTo方法。

public class CountGreater {public static <T extends Comparable<T>>  int  countGreaterThan(T[] array, T element){int count = 0 ;// 遍历数组for (T t : array) {if (t.comparable(element) > 0) { ++count;}}return count;}}

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 是继承自 Comparable类的类型，或者 T 是实现了 XX 接口的类型。

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GenericClass类，假设我们添加一个这样的方法：

public void test(GenericClass<Number> n){/***/}

那么现在GenericClass<Number> n允许接受什么类型的参数？
我们是否能够传入GenericClass<Integer>或者GenericClass<Double>呢？
答案是否定的，虽然Integer和Double是Number的子类，但是在泛型中GenericClass<Integer>或者GenericClass<Double>与GenericClass<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：

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

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。

如下：

package com.xgj.master.java.generics;import java.util.Arrays;
import java.util.List;public class GenericReading {static List<Apple> apples = Arrays.asList(new Apple());static List<Orange> oranges = Arrays.asList(new Orange());static class Reader<T> {T readExact(List<T> list) {return list.get(0);}}static void f1() {Reader<Fruit> fruitReader = new Reader<Fruit>();// The method readExact(List<Fruit>) in the type// GenericReading.Reader<Fruit> is not applicable for the arguments (List<Apple>)Fruit f = fruitReader.readExact(apples); // 编译报错}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：

package com.xgj.master.java.generics;import java.util.Arrays;
import java.util.List;public class GenericReading {static List<Apple> apples = Arrays.asList(new Apple());static List<Orange> oranges = Arrays.asList(new Orange());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(oranges);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？

比如

package com.xgj.master.java.generics;import java.util.ArrayList;
import java.util.List;public class GenericsAndCovariance {public static void main(String[] args) {// Wildcards allow covariance:List<? extends Fruit> flist = new ArrayList<Apple>();// The method add(capture#1-of ? extends Fruit) in the type List<capture#1-of ? extends Fruit> // is not applicable for the arguments   (Apple)// flist.add(new Apple()); 编译报错// flist.add(new Orange());编译报错// flist.add(new Fruit());编译报错// flist.add(new Object());编译报错flist.add(null); // 虽然可以添加null ,但是没有意义// 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

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>：

package com.xgj.master.java.generics;import java.util.ArrayList;
import java.util.List;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：

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

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：

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. 如果在使用泛型时没有指明数据类型，那么就会擦除泛型类型.

因为在使用泛型时没有指明数据类型，为了不出现错误，编译器会将所有数据向上转型为 Object，所以在取出坐标使用时要向下转型.

比如

public class Demo {public static void main(String[] args){Point p = new Point();  // 类型擦除p.setX(10);p.setY(20.8);int x = (Integer)p.getX();  // 向下转型double y = (Double)p.getY();System.out.println("This point is：" + x + ", " + y);}
}
class Point<T1, T2>{T1 x;T2 y;public T1 getX() {return x;}public void setX(T1 x) {this.x = x;}public T2 getY() {return y;}public void setY(T2 y) {this.y = y;}
}

因为在使用泛型时没有指明数据类型，为了不出现错误，编译器会将所有数据向上转型为 Object，所以在取出坐标使用时要向下转型，和不使用泛型没什么两样。

另外一个例子

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：

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：

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：

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。

在Java中不允许创建泛型数组
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

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

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

实际上对于这个问题，还可以采用Factory和Template两种设计模式解决.

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.

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

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