Java泛型怎么應(yīng)用

一、什么是泛型

Java 泛型(generics)是 JDK 5 中引入的一個(gè)新特性, 泛型提供了編譯時(shí)類(lèi)型安全檢測(cè)機(jī)制，該機(jī)制允許程序員在編譯時(shí)檢測(cè)到非法的類(lèi)型。

簡(jiǎn)單理解就是：泛型指定編譯時(shí)的類(lèi)型，減少運(yùn)行時(shí)由于對(duì)象類(lèi)型不匹配引發(fā)的異常。其主要用途是提高我們的代碼的復(fù)用率。

我們Java標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中的ArrayList就是泛型使用的典型應(yīng)用：

public class ArrayList extends AbstractList implements List, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {
       
     ......

   public ArrayList(Collection c) {
       elementData = c.toArray();
       if ((size = elementData.length) != 0) {
           // c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)
           if (elementData.getClass() != Object[].class)
               elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
       } else {
           // replace with empty array.
           this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
       }
   }

   public void sort(Comparator c) {
       final int expectedModCount = modCount;
       Arrays.sort((E[]) elementData, 0, size, c);
       if (modCount != expectedModCount) {
           throw new ConcurrentModificationException();
       }
       modCount++;
   }
   
 .....

   public E get(int index) {
       rangeCheck(index);

       return elementData(index);
   }

   public boolean add(E e) {
       ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
       elementData[size++] = e;
       return true;
   }

}

源碼中，ArrayList中的E稱(chēng)為類(lèi)型參數(shù)變量，而整個(gè)ArrayList我們稱(chēng)為泛型類(lèi)型。 我們可以指定除基本類(lèi)型之外的任何類(lèi)型，如：ArrayList。

源碼中Collection 中? 通配符類(lèi)型 表示類(lèi)型的上界，表示參數(shù)化類(lèi)型的可能是T 或是 T的子類(lèi)。

源碼中Comparator 表示類(lèi)型下界(Java Core中叫超類(lèi)型限定)，表示參數(shù)化類(lèi)型是此類(lèi)型的超類(lèi)型(父類(lèi)型)，直至Object。

二、extends和super通配符

在定義泛型類(lèi)型Generic的時(shí)候，也可以使用extends通配符來(lái)限定T的類(lèi)型：

public class Generic { ... }

現(xiàn)在，我們只能定義：

Generic p1 = null;
Generic p2 = new Generic(1, 2);
Generic p3 = null;

因?yàn)镹umber、Integer和Double都符合。

非Number類(lèi)型將無(wú)法通過(guò)編譯：

Generic p1 = null; // compile error!
Generic

因?yàn)镾tring、Object都不符合，因?yàn)樗鼈儾皇荖umber類(lèi)型或Number的子類(lèi)。

我們看一個(gè)例子：

public class Test {

   static class Food {

   }

   static class Fruit extends Food {
   }

   static class Apple extends Fruit {
   }

   static class Orange extends Fruit {
   }

   public void testExtend() {
       List list = new ArrayList();

       //無(wú)法安全添加任何具有實(shí)際意義的元素,報(bào)錯(cuò),extends為上界通配符,只能取值,不能放.
       //因?yàn)镕ruit的子類(lèi)不只有Apple還有Orange,這里不能確定具體的泛型到底是Apple還是Orange，所以放入任何一種類(lèi)型都會(huì)報(bào)錯(cuò)

       //list.add(new Apple());
       //list.add(new Orange());

       //可以添加null，因?yàn)閚ull可以表示任何類(lèi)型
       list.add(null);

       //可以正常獲取，用java多態(tài)
       Food foot = list.get(0);
       Apple apple = (Apple) list.get(0);
   }

   public void testSuper() {
       List list = new ArrayList();

       //super為下界通配符，可以存放元素，但是也只能存放當(dāng)前類(lèi)或者子類(lèi)的實(shí)例，以當(dāng)前的例子來(lái)講，
       list.add(new Fruit());
       list.add(new Apple());

       //無(wú)法確定Fruit的父類(lèi)是否只有Food一個(gè)(Object是超級(jí)父類(lèi))
       //因此放入Food的實(shí)例編譯不通過(guò)，只能放自己的實(shí)例 或者根據(jù)java多態(tài)的特性放子類(lèi)實(shí)例
       //list.add(new Food());
       //List list2 = new ArrayList();
       //Fruit fruit = list.get(0); //不能確定返回類(lèi)型

   }

}

在testExtend方法中，因?yàn)榉盒椭杏玫氖莈xtends，在向list中存放元素的時(shí)候，我們并不能確定List中的元素的具體類(lèi)型，即可能是Apple也可能是Orange。因此調(diào)用add方法時(shí)，不論傳入new Apple()還是new Orange()，都會(huì)出現(xiàn)編譯錯(cuò)誤。

理解了extends之后，再看super就很容易理解了，即我們不能確定testSuper方法的參數(shù)中的泛型是Fruit的哪個(gè)父類(lèi)，因此在調(diào)用get方法時(shí)只能返回Object類(lèi)型。結(jié)合extends可見(jiàn)，在獲取泛型元素時(shí)，使用extends獲取到的是泛型中的上邊界的類(lèi)型(本例子中為Fruit),范圍更小。

總結(jié)：

在使用泛型時(shí)，存取元素時(shí)用super。

獲取元素時(shí)，用extends。

有了上面的結(jié)論我們看下Java標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)的Collections類(lèi)定義的copy()方法，這個(gè)copy()方法的定義就完美地展示了extends和super的意圖：

copy()方法內(nèi)部不會(huì)讀取dest，因?yàn)椴荒苷{(diào)用dest.get()來(lái)獲取T的引用;

copy()方法內(nèi)部也不會(huì)修改src，因?yàn)椴荒苷{(diào)用src.add(T)。

public class Collections {
   // 把src的每個(gè)元素復(fù)制到dest中:
   public static  void copy(List dest, List src) {
       for (int i=0; i

三、泛型擦除

Java的泛型是偽泛型，這是因?yàn)镴ava在編譯期間，所有的泛型信息都會(huì)被擦掉，正確理解泛型概念的首要前提是理解類(lèi)型擦除。Java的泛型基本上都是在編譯器這個(gè)層次上實(shí)現(xiàn)的，在生成的字節(jié)碼中是不包含泛型中的類(lèi)型信息的，使用泛型的時(shí)候加上類(lèi)型參數(shù)，在編譯器編譯的時(shí)候會(huì)去掉，這個(gè)過(guò)程成為類(lèi)型擦除

我們看一個(gè)示例：

public class Test2 {

   public static void main(String[] args) {
       Map map = new HashMap();
       Animal animal = new Animal();
       animal.setVegetarian(true);
       animal.setEats("fish");
       map.put("cat", animal);

       String json = new Gson().toJson(map);
       System.out.println(json);

       Map jsonToMap = fromJson(json);
       System.out.println(jsonToMap);

       Animal animal1 = jsonToMap.get("cat");
       System.out.println(animal1.getEats());
   }

   public static  T fromJson(String str) {
       return new Gson().fromJson(str, new TypeToken() {
       }.getType());
   }

}

上的代碼運(yùn)行會(huì)提示如下異常：

Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: com.google.gson.internal.LinkedTreeMap cannot be cast to com.uaf.rabbitmq.producer.Animal
   at com.uaf.rabbitmq.producer.Test2.main(Test2.java:30)

異常原因主要是這句：new Gson().fromJson(str, new TypeToken() {}.getType());

這句在實(shí)際執(zhí)行的時(shí)候，List中的T并未傳入實(shí)際的泛型參數(shù)，導(dǎo)致Gson按照LinkedTreeMap來(lái)解析JSON，以致發(fā)生了錯(cuò)誤;這就是一個(gè)在編譯期泛型類(lèi)型擦除所導(dǎo)致的問(wèn)題;

解決這個(gè)問(wèn)題我們需要修改fromJson方法

public class Test2 {

   public static void main(String[] args) {
       Map map = new HashMap();
       Animal animal = new Animal();
       animal.setVegetarian(true);
       animal.setEats("fish");
       map.put("cat", animal);

       String json = new Gson().toJson(map);
       System.out.println(json);

       Map jsonToMap = fromJson(json,  
       new TypeToken>() {}.getType());
       System.out.println(jsonToMap);

       Animal animal1 = jsonToMap.get("cat");
       System.out.println(animal1.getEats());

   }

   public static  T fromJson(String str, Type type) {
       return new Gson().fromJson(str, type);
   }

}

在Gson中提供了TypeToken解決泛型運(yùn)行時(shí)類(lèi)型擦除問(wèn)題，TypeToken 這個(gè)類(lèi)來(lái)幫助我們捕獲像Map這樣的泛型信息。上文創(chuàng)建了一個(gè)匿名內(nèi)部類(lèi)，這樣Java編譯器就會(huì)把泛型信息編譯到這個(gè)匿名內(nèi)部類(lèi)里，然后在運(yùn)行時(shí)就可以被getType()方法用反射API提取到。