還不懂Java的泛型？只用這一篇文章，保證你面試對答如流
本文轉(zhuǎn)載自微信公眾號「程序新視界」，作者二師兄 。轉(zhuǎn)載本文請聯(lián)系程序新視界公眾號。
最近技術(shù)交流群里，有朋友問：Object和泛型T有啥區(qū)別。回答完問題，不禁在想，面試在即，還有那么多朋友不了泛型?是時候給大家整理一篇泛型相關(guān)的文章了，一篇文章全面搞定泛型，讓大家再也不愁面試或?qū)嵺`中泛型相關(guān)的問題了。
什么是泛型
泛型是在JDK 5時就引入的新特性，也就是“參數(shù)化類型”，通俗來講就是將原來的具體類型通過參數(shù)化來定義，使用或調(diào)用時再傳入具體的類型(類型實(shí)參)。
泛型的本質(zhì)是為了參數(shù)化類型(在不創(chuàng)建新類型的前提下，通過泛型指定的不同類型來控制形參具體的類型)。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、泛型方法。
為什么使用泛型
未使用泛型時，可以通過Object來實(shí)現(xiàn)參數(shù)的“任意化”，但這樣做的缺點(diǎn)就是需要顯式的強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換，這就需要開發(fā)者知道實(shí)際的類型。
而強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換是會出現(xiàn)錯誤的，比如Object將實(shí)際類型為String，強(qiáng)轉(zhuǎn)成Integer。編譯期是不會提示錯誤的，而在運(yùn)行時就會拋出異常，很明顯的安全隱患。
Java通過引入泛型機(jī)制，將上述的隱患提前到編譯期進(jìn)行檢查，開發(fā)人員既可明確的知道實(shí)際類型，又可以通過編譯期的檢查提示錯誤，從而提升代碼的安全性和健壯性。
使用泛型前后的對比
拿一個經(jīng)典的例子來演示一下未使用泛型會出現(xiàn)的問題。
- List list = new ArrayList();
- list.add(1);
- list.add("zhuan2quan");
- list.add("程序新視界");
- for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
- String value = (String) list.get(i);
- System.out.println("value=" + value);
- }
上述代碼在編譯器并不會報任何錯誤，但當(dāng)執(zhí)行時會拋出如下異常：
- java.lang.ClassCastException: java.lang.Integer cannot be cast to java.lang.String
那么，是否可以在編譯器就解決這個問題，而不是在運(yùn)行期拋出異常呢?泛型應(yīng)運(yùn)而生。上述代碼通過泛型來寫之后，變成如下形式：
- List<String> list = new ArrayList<>();
- list.add(1);
- list.add("zhuan2quan");
- list.add("程序新視界");
- for (String value : list) {
- System.out.println("value=" + value);
- }
可以看出，代碼變得更加清爽簡單，而且list.add(1)這行代碼在IDE中直接會提示錯誤信息：
- Required type: String
- Provided: int
提示錯誤信息便是泛型對向List中添加的數(shù)據(jù)產(chǎn)生了約束，只能是String類型。
泛型中通配符
在使用泛型時經(jīng)常會看到T、E、K、V這些通配符，它們代表著什么含義呢?
本質(zhì)上它們都是通配符，并沒有什么區(qū)別，換成A-Z之間的任何字母都可以。不過在開發(fā)者之間倒是有些不成文的約定：
- T (type) 表示具體的一個java類型;
- K V (key value) 分別代表java鍵值中的Key Value;
- E (element) 代表Element;
為什么Java的泛型是假泛型
為了做到向下兼容，Java中的泛型僅僅是一個語法糖，并不是C++那樣的真泛型。
還是上面的例子，在直接向泛型為String的List中添加int類型會提示錯誤：
- List<String> list = new ArrayList<>();
- list.add(1);
針對上述代碼，我們采用反射間接地調(diào)用add方法：
- @Test
- public void test3() throws NoSuchMethodException, InvocationTargetException, IllegalAccessException {
- List<Integer> list = new ArrayList<>();
- list.add(1);
- Method add = list.getClass().getMethod("add", Object.class);
- add.invoke(list,"程序新視界");
- System.out.println(list);
- System.out.println(list.get(1));
- }
執(zhí)行上述代碼，我們發(fā)現(xiàn)程序并沒有拋出異常，正常打印出入：
- [1, 程序新視界]
- 程序新視界
原本只能裝入Integer的List，成功裝入了一個String類型的值。由此可見，所謂的泛型確實(shí)是假泛型。
同時，我們還可以通過字節(jié)碼來證明。拿上面使用了泛型的實(shí)例代碼，通過javap -c命令來看看字節(jié)碼：
- Code:
- 0: new #2 // class java/util/ArrayList
- 3: dup
- 4: invokespecial #3 // Method java/util/ArrayList."<init>":()V
- 7: astore_1
- 8: aload_1
- 9: ldc #6 // String zhuan2quan
- 11: invokeinterface #5, 2 // InterfaceMethod java/util/List.add:(Ljava/lang/Object;)Z
- 16: pop
- 17: aload_1
- 18: ldc #7 // String 程序新視界
- 20: invokeinterface #5, 2 // InterfaceMethod java/util/List.add:(Ljava/lang/Object;)Z
- 25: pop
- 26: aload_1
- 27: invokeinterface #18, 1 // InterfaceMethod java/util/List.iterator:()Ljava/util/Iterator;
- 32: astore_2
- 33: aload_2
- 34: invokeinterface #19, 1 // InterfaceMethod java/util/Iterator.hasNext:()Z
- 39: ifeq 80
從字節(jié)碼中可以看出，List.add方法本質(zhì)上就是一個Object。再次證明，Java的泛型僅僅在編譯期有效，在運(yùn)行期則會被擦除，也就是說所有的泛型參數(shù)類型在編譯后都會被清除掉。這就是我們經(jīng)常說的類型擦除。
因此，也可以說：泛型類型在邏輯上看以看成是多個不同的類型，實(shí)際上都是相同的基本類型。
泛型的定義與使用
泛型有三類，分別為：泛型類、泛型接口、泛型方法。
在學(xué)習(xí)這三種類型的泛型使用場景之前，我們需要明確一個基本準(zhǔn)則，那就是泛型的聲明通常都是通過<>配合大寫字母來定義的，比如
泛型類
泛型類的語法形式：
- class name<T1, T2, ..., Tn> { /* ... */ }
泛型類的聲明和非泛型類的聲明類似，只是在類名后面添加了類型參數(shù)聲明部分。由尖括號(<>)分隔的類型參數(shù)部分跟在類名后面。它指定類型參數(shù)(也稱為類型變量)T1，T2，...和 Tn。一般將泛型中的類名稱為原型，而將<>指定的參數(shù)稱為類型參數(shù)。
使用示例：
- // T為任意標(biāo)識，比如用T、E、K、V等表示泛型
- public class Foo<T> {
- // 泛化的成員變量，T的類型由外部指定
- private T info;
- // 構(gòu)造方法類型為T，T的類型由外部指定
- public Foo(T info){
- this.info = info;
- }
- // 方法返回值類型為T，T的類型由外部指定
- public T getInfo() {
- return info;
- }
- public static void main(String[] args) {
- // 實(shí)例化泛型類時，必須指定T的具體類型，這里為String。
- // 傳入的實(shí)參類型需與泛型的類型參數(shù)類型相同，這里為String。
- Foo<String> foo = new Foo<>("程序新視界");
- System.out.println(foo.getInfo());
- }
- }
當(dāng)然，上述示例中在使用泛型類時也可以不指定實(shí)際類型，語法上支持，那么此時與未定義泛型一樣，不推薦這種方式。
- Foo foo11 = new Foo(1);
比如上述寫法，也是可行的，但時區(qū)了定義泛型的意義了。
泛型接口
泛型接口的聲明與泛型類一致，泛型接口語法形式：
- public interface Context<T> {
- T getContext();
- }
泛型接口有兩種實(shí)現(xiàn)方式：子類明確聲明泛型類型和子類不明確聲明泛型類型。
先看子類明確聲明泛型類型的示例：
- // 實(shí)現(xiàn)泛型接口時已傳入實(shí)參類型，則所有使用泛型的地方都要替換成傳入的實(shí)參類型
- public class TomcatContext implements Context<String> {
- @Override
- public String getContext() {
- return "Tomcat";
- }
- }
子類不明確聲明泛型類型：
- // 未傳入泛型實(shí)參時，與泛型類的定義相同，在聲明類的時候，需將泛型的聲明也一起加到類中
- public class SpringContext<T> implements Context<T>{
- @Override
- public T getContext() {
- return null;
- }
- }
當(dāng)然，還有一種情況，就是我們把定義為泛型的類像前面講的一樣當(dāng)做普通類使用。
上面的示例中泛型參數(shù)都是一個，當(dāng)然也可以指定兩個或多個：
- public interface GenericInterfaceSeveralTypes< T, R > {
- R performAction( final T action );
- }
多個泛型參數(shù)可以用逗號(,)進(jìn)行分割。
泛型方法
泛型類是在實(shí)例化類時指明泛型的具體類型;泛型方法是在調(diào)用方法時指明泛型的具體類型。泛型方法可以是普通方法、靜態(tài)方法、抽象方法、final修飾的方法以及構(gòu)造方法。
泛型方法語法形式如下：
- public <T> T func(T obj) {}
尖括號內(nèi)為類型參數(shù)列表，位于方法返回值T或void關(guān)鍵字之前。尖括號內(nèi)定義的T，可以用在方法的任何地方，比如參數(shù)、方法內(nèi)和返回值。
- protected abstract<T, R> R performAction( final T action );
- static<T, R> R performActionOn( final Collection< T > action ) {
- final R result = ...;
- // Implementation here
- return result;
- }
上述實(shí)例中可以看出泛型方法同樣可以定義多個泛型類型。
再看一個示例代碼：
- public class GenericsMethodDemo1 {
- //1、public與返回值中間<T>，聲明此方法的泛型類型。
- //2、只有聲明了<T>的方法才是泛型方法，泛型類中的使用了泛型的成員方法并不是泛型方法。
- //3、<T>表明該方法將使用泛型類型T，此時才可以在方法中使用泛型類型T。
- //4、T可以為任意標(biāo)識，如T、E、K、V等。
- public static <T> T printClass(T obj) {
- System.out.println(obj);
- return obj;
- }
- public static void main(String[] args) {
- printClass("abc");
- printClass(123);
- }
- }
需要注意的是，泛型方法與類是否是泛型無關(guān)。另外，靜態(tài)方法無法訪問類上定義的泛型;如果靜態(tài)方法操作的引用數(shù)據(jù)類型不確定的時候，必須要將泛型定義在方法上。
上述示例中如果GenericsMethodDemo1定義為GenericsMethodDemo1
泛型方法與普通方法區(qū)別
下面，我們對比一下泛型方法和非泛型方法的區(qū)別：
- // 方法一
- public T getKey(){
- return key;
- }
- // 方法二
- public <T> T showKeyName(T t){
- return t;
- }
其中方法一雖然使用了T這個泛型聲明，但它用的是泛型類中定義的變量，因此這個方法并不是泛型方法。而像方法二中通過兩個尖括號聲明了T，這個才是真正的泛型方法。
對于方法二，還有一種情況，那就是類中也聲明了T，那么該方法參數(shù)的T指的只是此方法的T，而并不是類的T。
泛型方法與可變參數(shù)
- @SafeVarargs
- public final <T> void print(T... args){
- for(T t : args){
- System.out.println("t=" + t);
- }
- }
- public static void main(String[] args) {
- GenericDemo2 demo2 = new GenericDemo2();
- demo2.print("abc",123);
- }
print方法打印出可變參數(shù)args中的結(jié)果，而且可變參數(shù)可以傳遞不同的具體類型。
打印結(jié)果：
- t=abc
- t=123
關(guān)于泛型方法總結(jié)一下就是：如果能使用泛型方法盡量使用泛型方法，這樣能將泛型所需到最需要的范圍內(nèi)。如果使用泛型類，則整個類都進(jìn)行了泛化處理。
泛型通配符
類型通配符一般是使用?代替具體的類型實(shí)參(此處是類型實(shí)參，而不是類型形參)。當(dāng)操作類型時不需要使用類型的具體功能時，只使用Object類中的功能，那么可以用?通配符來表未知類型。例如List在邏輯上是List
- /**
- * 在使用List<Number>作為形參的方法中，不能使用List<Ingeter>的實(shí)例傳入，
- * 也就是說不能把List<Integer>看作為List<Number>的子類；
- */
- public static void getNumberData(List<Number> data) {
- System.out.println("data :" + data.get(0));
- }
- /**
- * 在使用List<String>作為形參的方法中，不能使用List<Number>的實(shí)例傳入;
- */
- public static void getStringData(List<String> data) {
- System.out.println("data :" + data.get(0));
- }
- /**
- * 使用類型通配符可以表示同時是List<Integer>和List<Number>、List<String>的引用類型。
- * 類型通配符一般是使用?代替具體的類型實(shí)參，注意此處是類型實(shí)參；
- * 和Number、String、Integer一樣都是一種實(shí)際的類型，可以把？看成所有類型的父類。
- */
- public static void getData(List<?> data) {
- System.out.println("data :" + data.get(0));
- }
上述三個方法中，getNumberData只能傳遞List
上述這種類型的通配符也稱作無界通配符，有兩種應(yīng)用場景：
- 可以使用Object類中提供的功能來實(shí)現(xiàn)的方法。
- 使用不依賴于類型參數(shù)的泛型類中的方法。
在getData中使用了?作為通配符，但在某些場景下，需要對泛型類型實(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。
- /**
- * 類型通配符上限通過形如List來定義，如此定義就是通配符泛型值接受Number及其下層子類類型。
- */
- public static void getUperNumber(List<? extends Number> data) {
- System.out.println("data :" + data.get(0));
- }
通過extends限制了通配符的上邊界，也就是只接受Number及其子類類型。接口的實(shí)現(xiàn)和類的集成都可以通過extends來表示。
而這里的Number也可以替換為T，表示該通配符所代表的類型是T類型的子類。
- public static void getData(List<? extends T> data) {
- System.out.println("data :" + data.get(0));
- }
與上界通配符示對照也有下界通配符：
- public static void getData(List<? super Integer> data) {
- System.out.println("data :" + data.get(0));
- }
下界通配符表示該通配符所代表的類型是T類型的父類。
泛型的限制
原始類型(比如：int,long,byte等)無法用于泛型，在使用的過程中需要通過它們的包裝類(比如：Integer, Long, Byte等)來替代。
- final List< Long > longs = new ArrayList<>();
- final Set< Integer > integers = new HashSet<>();
當(dāng)然，在使用的過程中會涉及到自動拆箱和自動裝箱的操作：
- final List< Long > longs = new ArrayList<>();
- longs.add( 0L ); // 'long' 包裝為 'Long'
- long value = longs.get( 0 ); // 'Long'解包'long'
泛型的類型推斷
當(dāng)引入泛型之后，每處用到泛型的地方都需要開發(fā)人員加入對應(yīng)的泛型類型，比如：
- final Map<String, Collection<String>> map =
- new HashMap<String, Collection<String>>();
- for(final Map.Entry< String, Collection<String> > entry: map.entrySet()) {
- }
為了解決上述問題，在Java7中引入了運(yùn)算符<>，編譯器可以推斷出該運(yùn)算符所代表的原始類型。
因此，Java7及以后，泛型對象的創(chuàng)建變?yōu)槿缦滦问剑?/p>
- final Map< String, Collection<String>> map = new HashMap<>();
小結(jié)
本篇文章帶大家從為什么使用泛型到如何在不同場景下使用泛型都進(jìn)行了逐步的講解。通過本篇文章的學(xué)習(xí)，基本上可以應(yīng)對使用和面試過程中90%以后上的場景。如果對你有所幫助，順手可以給個贊。
參考文章：
https://blog.csdn.net/s10461/article/details/53941091
https://www.cnblogs.com/jingmoxukong/p/12049160.html
https://blog.csdn.net/lxxiang1/article/details/81429987
https://www.javacodegeeks.com/2015/09/how-and-when-to-use-generics.html
