基礎(chǔ)篇：深入解析Java泛型

作者：cscw 2020-10-20 10:17:20

先了解下java的Type類型體系(類的類=>類型)，Type是所有類型(原生類型-Class、參數(shù)化類型-Parameterizedtype、數(shù)組類型-GenericArrayType、類型變量-TypeVariable、基本類型-Class)的共同接口;前兩篇反射和注解講到的Class就是Type的一實(shí)現(xiàn)類。

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1 JAVA的Type類型體系

Type下面又有四個(gè)子接口類ParameterizedType、TypeVariable、GenericArrayType、WildcardType
- List表示泛型，E是TypeVariable類型，List則是ParameterizedType(參數(shù)化類型)，List里的String稱為實(shí)際參數(shù)類型
- 具體化泛型中的類型時(shí)，可以使用 ? extends 或 ? super來表示繼承關(guān)系;如List，而里面的 ? 稱為通配符類型WildcardType
- GenericArrayType 表示一種元素類型是ParameterizedType(參數(shù)化類型)或者TypeVariable(類型變量)的數(shù)組類型，如T[] 或者 List[]
注解是JDK1.5才出現(xiàn)了的，為了表示被注解的類型的，加入AnnotatedElement類型，字面意思就是被注解的元素。JDK1.8又有了AnnotatedType將Type和被注解元素的概念關(guān)聯(lián)起來。

AnnotatedType也有四個(gè)子接口，和Type的四個(gè)子接口一一對(duì)應(yīng)，如：ParameterizedType類型被注解則被編譯器解析成AnnotatedParameterizedType: @AnTest("list")Listlist

2 泛型的概念

Java 泛型(generics)是JDK1.5中引入的一個(gè)新特性，其本質(zhì)是參數(shù)化類型，解決不確定具體對(duì)象類型的問題;其所操作的數(shù)據(jù)類型被指定為一個(gè)參數(shù)(type parameter)這種參數(shù)類型可以用在類、接口和方法的創(chuàng)建中，分別稱為泛型類、泛型接口、泛型方法

泛型: 把類型明確的工作推遲到創(chuàng)建對(duì)象或調(diào)用方法的時(shí)候才去明確的特殊的類型

3 泛型類和泛型方法的示例

泛型類的定義

public class MainTest<T> { 
    private  T param; 
} 
public static void main(String[] args){ 
        MainTest<String> data = new MainTest<String>(){}; 
        ParameterizedType genType1 = (ParameterizedType)data.getClass().getGenericSuperclass(); 
  }

泛型方法的定義

public class MainTest{ 
    public static void main(String[] args){ 
        printData("siting"); 
    } 
    static  <T> T printData(T t){ 
        System.out.println(t); 
        return t; 
    } 
}

接口和抽象類都可以使用泛型

4 類型擦除

創(chuàng)建泛型的實(shí)例時(shí)，jvm是會(huì)把具體類型擦除的;編譯生成的字節(jié)碼中不包含泛型中的類型參數(shù)，即ArrayList和ArrayList都擦除成了ArrayList，也就是被擦除成"原生類型"，這就是泛型擦除

public class MainTest { 
    public static void main(String[] args){ 
        List<String> strArr  = new ArrayList<>(); 
        List<Integer> intArr  = new ArrayList<>(); 
        Type strClazz = strArr.getClass(); 
        Type intClazz = intArr.getClass(); 
    } 
}

查看編譯后的字節(jié)碼文件是如何表示的: idea菜單 -> view -> show ByteCode

public class MainTest<T> { 
    T param; 
    public static void main(String[] args){ 
        MainTest<String> test = new MainTest<>(); 
        test.setParam("siting"); 
    } 
    public T getParam() {  return param;   } 
    public void setParam(T param) {  this.param = param;  } 
} 
public class com/MainTest { 
  ...省略 
  public static main([Ljava/lang/String;)V 
   L0 
    LINENUMBER 7 L0 
    NEW com/MainTest 
    DUP 
    INVOKESPECIAL com/MainTest.<init> ()V 
    ASTORE 1 
   L1 
    LINENUMBER 8 L1 
    ALOAD 1 
    LDC "siting"     // 調(diào)用類型擦除后的setParam(Object) 
    INVOKEVIRTUAL com/MainTest.setParam (Ljava/lang/Object;)V 
   L2 
   ...省略//getParam 的返回值是Object 
  public getParam()Ljava/lang/Object; 
   L0 
    LINENUMBER 10 L0 
    ALOAD 0 
    GETFIELD com/MainTest.param : Ljava/lang/Object; 
    ARETURN 
   ...省略//setParam 的入?yún)⑹荗bject 
  public setParam(Ljava/lang/Object;)V 
   L0 
    LINENUMBER 11 L0 
    ALOAD 0 
    ALOAD 1 
    PUTFIELD com/MainTest.param : Ljava/lang/Object; 
    RETURN 
   ... 
}

可以看出T(String)都被轉(zhuǎn)換為Object類型，最初的初始化的String不見了

5 泛型的繼承

子類可以指定父類的泛型參數(shù)，可以是已知類(Integer、String等)，也可以用子類自己的泛型參數(shù)指定
泛型被繼承時(shí)，且指定父類泛型參數(shù)，則額外生成的ParameterizedType類型作為子類的父類;如果沒有指定父類泛型參數(shù)，則直接繼承原生類型

public class MainTest<T> { 
    T param; 
    static public class SubTest1 extends MainTest<String>{} 
    static public class SubTest2<R> extends MainTest<R>{} 
    //SubTest3繼承的時(shí)原生類型 
    static public class SubTest3 extends MainTest{} 
}

6 泛型變量TypeVariable

(先臨時(shí)定義一個(gè)名稱，Test里的E為泛型參數(shù));泛型變量TypeVariable：泛型的泛型參數(shù)就是TypeVariable;當(dāng)父類使用子類的泛型參數(shù)指定自身的泛型參數(shù)時(shí);或者泛型屬性定義在泛型類A中，并使用泛型類A的泛型參數(shù)T時(shí)，其泛型參數(shù)都會(huì)被編譯器定為泛型變量TypeVariable，而不是被擦除

public class MainTest<T> { 
    List<T> param; 
    public static void main(String[] args) throws Exception{ 
        Class clazz =  MainTest.class; 
        TypeVariable[] typeVariable = clazz.getTypeParameters(); 
        // 1 
        Field field = clazz.getDeclaredField("param"); 
        ParameterizedType arrayType = (ParameterizedType)field.getGenericType(); 
        // interface List<E> 的泛型類型E被T,具體化，因此其被識(shí)別為 TypeVariable 
        TypeVariable variable1 = (TypeVariable)arrayType.getActualTypeArguments()[0]; 
        // 2 
        ParameterizedType type = (ParameterizedType)SubTest.class.getGenericSuperclass(); 
        TypeVariable variable2 = (TypeVariable)type.getActualTypeArguments()[0]; 
    } 
    static class SubTest<R> extends MainTest<R>{} 
}

7 參數(shù)化類型ParameterizedType

public interface ParameterizedType extends Type { 
    //獲取實(shí)際參數(shù)，List<String>里的String; 如果是List<T>則是TypeVariable類型 
    Type[] getActualTypeArguments();  
    // 獲取原始類型List<String> -> List<E> 
    Type getRawType();   
    Type getOwnerType(); 
}

需要注意的點(diǎn)，我們不能直接獲取指定具體參數(shù)的泛型的類型，如Class clazz = List.class編譯時(shí)不通過的;還有就是直接通過泛型類new創(chuàng)建的對(duì)象，其Class并非ParameterizedType類型，而是泛型本身的class，示例如下

public class MainTest<T> { 
    public static void main(String[] args){ 
        MainTest<String> str = new MainTest<String>(); 
        Class variable = str.getClass(); 
        Type genType1 = variable.getGenericSuperclass(); 
    } 
}

被具體參數(shù)化的泛型才能被編譯器識(shí)別為ParameterizedType類型，有三種方式獲取ParameterizedType類型

// 1 子類繼承泛型時(shí)，指定具體參數(shù)（可以是String等已知類型,也可以是子類的泛型參數(shù)） 
// 2 獲取在類內(nèi)部定義的泛型屬性，需指定具體泛型參數(shù) 
// 3 局部代碼，可以通過泛型的匿名內(nèi)部子類(需指定具體泛型參數(shù))獲取ParameterizedType類型 
public class MainTest<T> { 
    List<T> list; 
    public static void main(String[] args) throws NoSuchFieldException { 
        SubTest<String> str = new SubTest<>(); 
        // 方式一 
        Class variable = str.getClass(); 
        // 父類是(521)ParameterizedType類型 
        ParameterizedType genType = (ParameterizedType)variable.getGenericSuperclass(); 
        // (521)ParameterizedType類型的原生類型是（479）class com.MainTest 
        Type clazz = genType.getRawType(); 
        //MainTest.class 的原生類型是 （479）class com.MainTest 
        Class rawClazz = MainTest.class; 
 
        //方式二，泛型屬性 
        Field field = rawClazz.getDeclaredField("list"); 
        //屬性list 類型是(546)ParameterizedType類型List<T> 
        ParameterizedType fieldType = (ParameterizedType)field.getGenericType(); 
 
        // 方式三 
        MainTest<String> sub3 = new MainTest<String>(){}; 
        // clazz3是匿名子類 
        Class clazz3 =  sub3.getClass(); 
        //父類是(555)ParameterizedType類型 
        ParameterizedType genType3 = (ParameterizedType) clazz3.getGenericSuperclass(); 
        // (555)ParameterizedType類型的原生類型是（479）class com.MainTest 
        Type type3 = genType3.getRawType(); 
    } 
    public static class SubTest<R> extends MainTest<R>{ } 
}

8 通配符(WildcardType)

無邊界通配符：無界通配符 ? 可以適配任何引用類型:

當(dāng)方法參數(shù)需要傳入一個(gè)泛型時(shí)，而且無法確定其類型時(shí)。直接使用無具體泛型變量的泛型，容易造成安全隱患;若在方法代碼里進(jìn)行類型轉(zhuǎn)換，極容易出現(xiàn)ClassCastException錯(cuò)誤
那泛型變量用Object代替不就行了?但是泛型類+具體參數(shù)轉(zhuǎn)變的ParameterizedType(參數(shù)化類型)是不存在繼承關(guān)系;即Object是String的父類，但是List 和List的類型是不同的兩個(gè)ParameterizedType，不存在繼承關(guān)系。于是有了類型通配符 ?

public static void print(List list){}  
----->>> 
public static void print(List<?> list){}

無界通配符可以匹配任意類型;但是在使用?時(shí)，不能給泛型類的變量設(shè)置值，因?yàn)槲覀儾恢谰唧w類型是什么;如果強(qiáng)行設(shè)置新值，后面的讀容易出現(xiàn)ClassCastException錯(cuò)誤。因此編譯器限制了**通配符 ?**的泛型只能讀不能寫

上界限定通配符 < ? extends E>

想接收一個(gè)List集合，它只能操作數(shù)字類型的元素【Float、Integer、Double、Byte等數(shù)字類型都行】，怎么做?可以使用List，表明List里的元素都是Number的子類

public static void print(List<? extends Number> list) { 
        Number n = new Double("1.0"); 
        list.add(n); 
        Number tmp = list.get(0); 
    }

圖片里可以看出，存在上界通配符，因?yàn)榫唧w類型不確定，也是只能讀不能寫的

下界限定通配符 < ? super E>

class Parent{ } 
class Child extends Parent{ } 
public class MainTest<T> { 
    T param; 
    public static void main(String[] args){ 
        MainTest<? super Child> parent_m = new MainTest<>(); 
        parent_m.setParam(new Child()); 
        Object parent = parent_m.getParam(); 
    } 
    public T getParam() {  return param;  } 
    public void setParam(T param) {  this.param = param; } 
}

如果定義了通配符是誰的父類，則是下界限定通配符;此類通配符可讀可寫，轉(zhuǎn)成任意父類都不會(huì)出現(xiàn)ClassCastException錯(cuò)誤。
個(gè)人猜想：難道是因?yàn)橥ㄅ浞蜕辖缦薅ㄍㄅ浞姆盒? 向下轉(zhuǎn)型容易出現(xiàn)ClassCastException錯(cuò)誤，而下界限定通配符向上轉(zhuǎn)型不會(huì)出現(xiàn)ClassCastException錯(cuò)誤，因此java規(guī)范限制前者編譯出錯(cuò)，而后面編譯通過?

9 泛型數(shù)組(GenericArrayType)

public interface GenericArrayType extends Type { 
    //獲得這個(gè)數(shù)組元素類型，即獲得：A<T>（A<T>[]）或  T（T[]） 
    Type getGenericComponentType(); 
}

GenericArrayType，泛型數(shù)組，描述的是ParameterizedType類型以及TypeVariable類型數(shù)組，即形如：Test[][]、T[]等，是GenericArrayType的子接口

public class MainTest<T> { 
    T[] param; 
    public static void main(String[] args) throws Exception{ 
        Class clazz =  MainTest.class; 
        Field field = clazz.getDeclaredField("param"); 
        GenericArrayType arrayType = (GenericArrayType)field.getGenericType(); 
        TypeVariable variable = (TypeVariable) arrayType.getGenericComponentType(); 
    } 
}

責(zé)任編輯：武曉燕來源：潛行前行

Java 泛型 Type