詳解Java泛型及其應(yīng)用

引出泛型

我們通過如下的示例，引出為什么泛型的概念。

public class Test {

  public static void main(String[] args) {
    List list = new ArrayList();
    list.add("abc");
    list.add(2);

    for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
      String name = (String) list.get(i); // error
      System.out.println("name:" + name);
    }
  }
}

當(dāng)獲取列表中的第二個(gè)元素時(shí)，會(huì)報(bào)錯(cuò)，java.lang.ClassCastException: java.lang.Integer cannot be cast to java.lang.String。這是常見的類型轉(zhuǎn)換錯(cuò)誤。

當(dāng)我們將元素放入到列表中，并沒有使用指定的類型，在取出元素時(shí)使用的是默認(rèn)的 Object 類型。因此很容易出現(xiàn)類型轉(zhuǎn)換的異常。

我們想要實(shí)現(xiàn)的結(jié)果是，集合能夠記住集合內(nèi)元素各類型，且能夠達(dá)到只要編譯時(shí)不出現(xiàn)問題，運(yùn)行時(shí)就不會(huì)出現(xiàn) java.lang.ClassCastException 異常。泛型剛好能滿足我們的需求。

什么是泛型？

泛型，即參數(shù)化類型。一提到參數(shù)，最熟悉的就是定義方法時(shí)有形參，然后調(diào)用此方法時(shí)傳遞實(shí)參。那么參數(shù)化類型怎么理解呢？顧名思義，就是將類型由原來的具體的類型參數(shù)化，類似于方法中的變量參數(shù)，此時(shí)類型也定義成參數(shù)形式（可以稱之為類型形參），然后在使用/調(diào)用時(shí)傳入具體的類型（類型實(shí)參）。

泛型的本質(zhì)是為了參數(shù)化類型，即在不創(chuàng)建新的類型的情況下，通過泛型指定的不同類型來控制形參具體限制的類型。在泛型使用過程中，操作的數(shù)據(jù)類型被指定為一個(gè)參數(shù)，這種參數(shù)類型可以用在類、接口和方法中，分別被稱為泛型類、泛型接口和泛型方法。

泛型的特點(diǎn)

Java 語言中引入泛型是一個(gè)較大的功能增強(qiáng)。不僅語言、類型系統(tǒng)和編譯器有了較大的變化，已支持泛型，而且類庫也進(jìn)行了大翻修，所以許多重要的類，比如集合框架，都已經(jīng)成為泛型化的了。這帶來了很多好處：

1. 類型安全。 泛型的主要目標(biāo)是提高 Java 程序的類型安全。通過知道使用泛型定義的變量的類型限制，編譯器可以在一個(gè)高得多的程度上驗(yàn)證類型假設(shè)。
2. 消除強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換。 泛型的一個(gè)附帶好處是，消除源代碼中的許多強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換。這使得代碼更加可讀，并且減少了出錯(cuò)機(jī)會(huì)。
3. 潛在的性能收益。 泛型為較大的優(yōu)化帶來可能。在泛型的初始實(shí)現(xiàn)中，編譯器將強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換（沒有泛型的話，程序員會(huì)指定這些強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換）插入生成的字節(jié)碼中。

命名類型參數(shù)

推薦的命名約定是使用大寫的單個(gè)字母名稱作為類型參數(shù)。對(duì)于常見的泛型模式，推薦的名稱是：

1. K：鍵，比如映射的鍵
2. V：值，比如 List 和 Set 的內(nèi)容，或者 Map 中的值
3. E：元素
4. T：泛型
   

public class Generic<T> { 
  //key的類型為T 
  private T key;

  public Generic(T key) { 
  	//泛型構(gòu)造方法形參key的類型也為T
    this.key = key;
  }

  public T getKey() { 
  	//泛型方法getKey的返回值類型為T
    return key;
  }
}

如上定義了一個(gè)普通的泛型類，成員變量的類型為 T，T的類型由外部指定。泛型方法和泛型構(gòu)造函數(shù)同樣如此。

Generic<Integer> genericInteger = new Generic<Integer>(123456); //1

Generic<String> genericString = new Generic<String>("key_vlaue"); // 2

System.out.println("key is " + genericInteger.getKey());
System.out.println("key is " + genericString.getKey());

泛型的類型參數(shù)只能是類類型（包括自定義類），不能是簡單類型。傳入的實(shí)參類型需與泛型的類型參數(shù)類型相同，即為Integer/String。

如上所述，定義的泛型類，就一定要傳入泛型類型實(shí)參么？

并不是這樣，在使用泛型的時(shí)候如果傳入泛型實(shí)參，則會(huì)根據(jù)傳入的泛型實(shí)參做相應(yīng)的限制，此時(shí)泛型才會(huì)起到本應(yīng)起到的限制作用。如果不傳入泛型類型實(shí)參的話，在泛型類中使用泛型的方法或成員變量定義的類型可以為任何的類型。

Generic genericString = new Generic("111111");
Generic genericInteger = new Generic(4444);

System.out.println("key is " + genericString.getKey());
System.out.println("key is " + genericInteger.getKey());

如上的代碼片段，將會(huì)輸出如下的結(jié)果：

key is 111111
key is 4444

在不傳入泛型類型實(shí)參的情況下，泛型類中使用的泛型防范或成員變量可以為 Integer 或 String 等等其他任意類型。不過需要注意的是，泛型的類型參數(shù)只能是類類型，不能是簡單類型。且不能對(duì)確切的泛型類型使用 instanceof 操作。對(duì)于不同傳入的類型實(shí)參，生成的相應(yīng)對(duì)象實(shí)例的類型是不是一樣的呢？具體看如下的示例：

public class GenericTest {

  public static void main(String[] args) {

    Generic<Integer> name = new Box<String>("111111");
    Generic<String> age = new Box<Integer>(712);

    System.out.println("name class:" + name.getClass()); 
    System.out.println("age class:" + age.getClass()); 
    System.out.println(name.getClass() == age.getClass());  // true
  }

}

由輸出結(jié)構(gòu)可知，在使用泛型類時(shí)，雖然傳入了不同的泛型實(shí)參，但并沒有真正意義上生成不同的類型，傳入不同泛型實(shí)參的泛型類在內(nèi)存上只有一個(gè)，即還是原來的最基本的類型（本例中為 Generic），當(dāng)然在邏輯上我們可以理解成多個(gè)不同的泛型類型。

究其原因，在于 Java 中的泛型這一概念提出的目的，其只是作用于代碼編譯階段。在編譯過程中，對(duì)于正確檢驗(yàn)泛型結(jié)果后，會(huì)將泛型的相關(guān)信息擦除。也就是說，成功編譯過后的 class 文件中是不包含任何泛型信息的。泛型信息不會(huì)進(jìn)入到運(yùn)行時(shí)階段。

泛型類型在邏輯上看以看成是多個(gè)不同的類型，實(shí)際上都是相同的基本類型。

通配符

Ingeter 是 Number 的一個(gè)子類，同時(shí) Generic<Ingeter> 與 Generic<Number> 實(shí)際上是相同的一種基本類型。那么問題來了，在使用 Generic<Number> 作為形參的方法中，能否使用Generic<Ingeter> 的實(shí)例傳入呢？在邏輯上類似于 Generic<Number> 和 Generic<Ingeter> 是否可以看成具有父子關(guān)系的泛型類型呢？下面我們通過定義一個(gè)方法來驗(yàn)證。

public void show(Generic<Number> obj) {
  System.out.println("key value is " + obj.getKey());
}

進(jìn)行如下的調(diào)用

Generic<Integer> genericInteger = new Generic<Integer>(123);

show(genericInteger); //error Generic<java.lang.Integer> cannot be applied to Generic<java.lang.Number>

通過提示信息我們可以看到 Generic<Integer> 不能被看作為 Generic<Number> 的子類。由此可以看出：同一種泛型可以對(duì)應(yīng)多個(gè)版本（因?yàn)閰?shù)類型是不確定的），不同版本的泛型類實(shí)例是不兼容的。

我們不能因此定義一個(gè) show(Generic<Integer> obj)來處理，因此我們需要一個(gè)在邏輯上可以表示同時(shí)是Generic和Generic父類的引用類型。由此類型通配符應(yīng)運(yùn)而生。

T、K、V、E 等泛型字母為有類型，類型參數(shù)賦予具體的值。除了有類型，還可以用通配符來表述類型，？ 未知類型，類型參數(shù)賦予不確定值，任意類型只能用在聲明類型、方法參數(shù)上，不能用在定義泛型類上。將方法改寫成如下：

public void show(Generic<?> obj) {
  System.out.println("key value is " + obj.getKey());
}

此處 ? 是類型實(shí)參，而不是類型形參。即和 Number、String、Integer 一樣都是實(shí)際的類型，可以把 ？ 看成所有類型的父類，是一種真實(shí)的類型。可以解決當(dāng)具體類型不確定的時(shí)候，這個(gè)通配符就是 ?；當(dāng)操作類型時(shí)，不需要使用類型的具體功能時(shí)，只使用 Object 類中的功能。那么可以用 ? 通配符來表未知類型。

泛型上下邊界

在使用泛型的時(shí)候，我們還可以為傳入的泛型類型實(shí)參進(jìn)行上下邊界的限制，如：類型實(shí)參只準(zhǔn)傳入某種類型的父類或某種類型的子類。為泛型添加上邊界，即傳入的類型實(shí)參必須是指定類型的子類型。

public void show(Generic<? extends Number> obj) {
  System.out.println("key value is " + obj.getKey());
}

我們?cè)诜盒头椒ǖ娜雲(yún)⑾薅▍?shù)類型為 Number 的子類。

Generic<String> genericString = new Generic<String>("11111");
Generic<Integer> genericInteger = new Generic<Integer>(2222);


showKeyValue1(genericString); // error
showKeyValue1(genericInteger);

當(dāng)我們的入?yún)?String 類型時(shí)，編譯報(bào)錯(cuò)，因?yàn)?String 類型并不是 Number 類型的子類。

類型通配符上限通過形如 Generic<? extends Number> 形式定義；相對(duì)應(yīng)的，類型通配符下限為Generic<? super Number>形式，其含義與類型通配符上限正好相反，在此不作過多闡述。

泛型數(shù)組

在 java 中是不能創(chuàng)建一個(gè)確切的泛型類型的數(shù)組的，即：

List<String>[] ls = new ArrayList<String>[10]; 

如上會(huì)編譯報(bào)錯(cuò)，而使用通配符創(chuàng)建泛型數(shù)組是可以的：

List<?>[] ls = new ArrayList<?>[10]; 

//List<String>[] ls = new ArrayList[10];

JDK1.7 對(duì)泛型的簡化，所以另一種聲明也是可以的。

由于JVM泛型的擦除機(jī)制，在運(yùn)行時(shí) JVM 是不知道泛型信息的。泛型數(shù)組實(shí)際的運(yùn)行時(shí)對(duì)象數(shù)組只能是原始類型( T[]為Object[]，Pair[]為Pair[] )，而實(shí)際的運(yùn)行時(shí)數(shù)組對(duì)象可能是T類型( 雖然運(yùn)行時(shí)會(huì)擦除成原始類型 )。成功創(chuàng)建泛型數(shù)組的唯一方式就是創(chuàng)建一個(gè)被擦出類型的新數(shù)組，然后對(duì)其轉(zhuǎn)型。

public class GenericArray<T> {
  private Object[] array; //維護(hù)Object[]類型數(shù)組
  @SupperessWarning("unchecked")
  public GenericArray(int v) {
    array = new Object[v];
  }
  public void put(int index, T item) {
    array[index] = item;
  }
  public T get(int index) { 
  	return (T)array[index]; 
  } //數(shù)組對(duì)象出口強(qiáng)轉(zhuǎn)
  public T[] rep() { return (T[])array; } //運(yùn)行時(shí)無論怎樣都是Object[]類型 
  public static void main (String[] args){
    GenericArray<Integer> ga = new GenericArray<Integer>(10);
    // Integer[] ia = ga.rep(); //依舊ClassCastException
    Object[] oa = ga.rep(); //只能返回對(duì)象數(shù)組類型為Object[]
    ga.put(0, 11);
    System.out.println(ga.get(0)); // 11
  }
}

在運(yùn)行時(shí)，數(shù)組對(duì)象的出口做轉(zhuǎn)型輸出，入口方法在編譯期已實(shí)現(xiàn)類型安全，所以出口方法可以放心強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換，保證成功。

小結(jié)

本文主要講了 Java 泛型的相關(guān)概念和應(yīng)用。泛型使編譯器可以在編譯期間對(duì)類型進(jìn)行檢查以提高類型安全，減少運(yùn)行時(shí)由于對(duì)象類型不匹配引發(fā)的異常。由泛型的誕生介紹相關(guān)的概念，在保證代碼質(zhì)量的情況下，如何使用泛型去簡化開發(fā)。

以上所述是小編給大家介紹的Java泛型及其應(yīng)用詳解整合，希望對(duì)大家有所幫助，如果大家有任何疑問請(qǐng)給我留言，小編會(huì)及時(shí)回復(fù)大家的。在此也非常感謝大家對(duì)億速云網(wǎng)站的支持！