Einführung in Java Generics

1. Die Einführung des Konzepts der Generika (warum werden Generika benötigt)?

Schauen wir uns zunächst den folgenden Kurzcode an:

public class GenericTest {
    public static void main(String[] args) {
        List list = new ArrayList();
        list.add("qqyumidi");
        list.add("corn");
        list.add(100);
        for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
            String name = (String) list.get(i); // 1
            System.out.println("name:" + name);
        }
    }
}

definiert eine Sammlung vom Typ „Liste“ und fügt ihr zunächst zwei Werte vom Typ „String“ hinzu, und Fügen Sie dann einen Wert vom Typ Integer hinzu. Dies ist völlig zulässig, da der Standardtyp der Liste „Objekt“ ist. In nachfolgenden Schleifen können leicht Fehler wie //1 auftreten, weil vergessen wurde, Werte vom Typ Integer vorher zur Liste hinzuzufügen, oder weil andere Codierungsgründe vorliegen. Da die Kompilierungsphase normal ist, tritt zur Laufzeit jedoch die Ausnahme „java.lang.ClassCastException“ auf. Daher sind solche Fehler beim Codieren schwer zu erkennen.

Vor Java SE 1.5 wurden die „willkürlichen“ Parameter durch Referenzierung des Typs „Objekt“ implementiert. Der Nachteil von „willkürlich“ bestand darin, dass eine explizite Typkonvertierung erforderlich war Der Entwickler muss den tatsächlichen Parametertyp vorher kennen. Bei erzwungenen Typkonvertierungsfehlern löst der Compiler möglicherweise keinen Fehler aus und es tritt während der Laufzeit eine Ausnahme auf. Dies stellt ein Sicherheitsrisiko dar. Der Vorteil von Generika besteht darin, dass die Typsicherheit während der Kompilierung überprüft wird und alle Umwandlungen automatisch und implizit erfolgen, was die Wiederverwendung von Code verbessert.

2. Was sind Generika?

Generika sind eine neue Funktion von Java SE 1.5. Das Wesentliche an Generika ist ein parametrisierter Typ, was bedeutet, dass der Datentyp, mit dem gearbeitet wird, als Parameter angegeben wird. Dieser Parametertyp kann bei der Erstellung von Klassen, Schnittstellen und Methoden verwendet werden, die als generische Klassen, generische Schnittstellen bzw. generische Methoden bezeichnet werden. Wie versteht man also parametrisierte Typen? Wie der Name schon sagt, wird der Typ aus dem ursprünglichen spezifischen Typ parametrisiert, ähnlich wie die variablen Parameter in der Methode. Zu diesem Zeitpunkt wird der Typ auch in Form eines Parameters (der als Typparameter bezeichnet werden kann) definiert dann wird der spezifische Typ übergeben, wenn der Typ verwendet/aufgerufen wird (Typargument).

Es scheint etwas kompliziert zu sein. Schauen wir uns zunächst die allgemeine Schreibweise des obigen Beispiels an.

public class GenericTest {
    public static void main(String[] args) {
        /*
        List list = new ArrayList();
        list.add("qqyumidi");
        list.add("corn");
        list.add(100);
        */
        List<String> list = new ArrayList<String>();
        list.add("qqyumidi");
        list.add("corn");
        //list.add(100);   // 1  提示编译错误
        for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
            String name = list.get(i); // 2
            System.out.println("name:" + name);
        }
    }
}

Nach der Verwendung generischen Schreibens tritt ein Kompilierungsfehler auf, wenn versucht wird, ein Objekt vom Typ Integer unter //1 hinzuzufügen. Durch Listf7e83be87db5cd2d9a8a0b8117b38cd4 wird direkt eingeschränkt, dass die Listensammlung nur String enthalten kann Typ.-Elemente, daher ist keine erzwungene Typkonvertierung bei //2 erforderlich, da sich die Sammlung zu diesem Zeitpunkt die Typinformationen des Elements merken kann und der Compiler bereits bestätigen kann, dass es sich um einen String-Typ handelt.

In Kombination mit der obigen generischen Definition wissen wir, dass String in Listf7e83be87db5cd2d9a8a0b8117b38cd4 ein tatsächlicher Typparameter ist, das heißt, die entsprechende List-Schnittstelle muss Typparameter enthalten. Und das Rückgabeergebnis der get()-Methode ist auch direkt der Typ dieses formalen Parameters (d. h. der entsprechende tatsächliche Parameter des eingehenden Typs). Werfen wir einen Blick auf die spezifische Definition der List-Schnittstelle:

public interface List<E> extends Collection<E> {
    int size();
    boolean isEmpty();
    boolean contains(Object o);
    Iterator<E> iterator();
    Object[] toArray();
    <T> T[] toArray(T[] a);
    boolean add(E e);
    boolean remove(Object o);
    boolean containsAll(Collection<?> c);
    boolean addAll(Collection<? extends E> c);
    boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c);
    boolean removeAll(Collection<?> c);
    boolean retainAll(Collection<?> c);
    void clear();
    boolean equals(Object o);
    int hashCode();
    E get(int index);
    E set(int index, E element);
    void add(int index, E element);
    E remove(int index);
    int indexOf(Object o);
    int lastIndexOf(Object o);
    ListIterator<E> listIterator();
    ListIterator<E> listIterator(int index);
    List<E> subList(int fromIndex, int toIndex);
}

Wir können sehen, dass nach Verwendung der generischen Definition in der List-Schnittstelle das E in 1a4db2c2c2313771e5742b6debf617a1 den Typparameter darstellt, der kann Empfangen Sie tatsächliche Parameter eines bestimmten Typs. In dieser Schnittstellendefinition bedeutet E überall dort, wo E erscheint, dass es sich um tatsächliche Parameter desselben Typs handelt, die von außen empfangen wurden.

ArrayList ist natürlich die Implementierungsklasse der List-Schnittstelle und ihre Definitionsform ist:

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E> 
        implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {
    
    public boolean add(E e) {
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        elementData[size++] = e;
        return true;
    }
    
    public E get(int index) {
        rangeCheck(index);
        checkForComodification();
        return ArrayList.this.elementData(offset + index);
    }
    
    //...省略掉其他具体的定义过程
}

Daher verstehen wir aus Quellcode-Sicht, warum das Objekt vom Typ Integer ist wird bei //1 hinzugefügt. Kompilierungsfehler, und der von get() bei //2 erhaltene Typ ist direkt der String-Typ.

3. Was ist die Tupelklassenbibliothek und wie wird sie verwendet?

Warum Tupel verwenden?

Tupel können wie Listen zur Datenspeicherung verwendet werden und mehrere Daten enthalten, unterscheiden sich jedoch von Listen: Listen können nur denselben Datentyp speichern, aber Tupel sind unterschiedlich, sie können verschiedene Datentypen speichern, z Int, String, Liste usw. können gleichzeitig gespeichert und je nach Bedarf stufenlos erweitert werden.

Bei Webanwendungen tritt beispielsweise häufig das Problem auf, dass das Abfragen von Paging mehrere Informationen enthalten muss: die aktuelle Seitenzahl und die Seitengröße, die durch das Abfrageergebnis zurückgegeben werden : Der Datensatz der aktuellen Seite. Wenn Sie jedoch die aktuelle Seite, die Seitengröße, die Gesamtzahl der Seiten und andere Informationen im Vordergrund anzeigen müssen, müssen Sie über weitere Informationen verfügen: die Gesamtzahl der Datensätze und dann berechnen Gesamtseitenzahl und weitere Informationen basierend auf den oben genannten Informationen. Zu diesem Zeitpunkt müssen beim Abfragen einer bestimmten Informationsseite zwei Datentypen zurückgegeben werden, einer ist Liste (aktueller Datensatz) und der andere ist int (Gesamtzahl der Datensätze). Natürlich können diese beiden Werte über zwei Methoden und zwei Datenbankverbindungen ermittelt werden. Tatsächlich wurde beim Abfragen der Liste die Gesamtzahl der Datensätze über eine SQL-Abfrage ermittelt. Wenn Sie eine andere Methode öffnen und eine andere Datenbankverbindung herstellen, um die Gesamtzahl der Datensätze abzufragen, ist dies etwas unnötig und eine Zeitverschwendung. eine Verschwendung von Code und eine Verschwendung von Leben. Ernsthafte Worte ~ In diesem Fall können wir Tupel verwenden, um die Gesamtzahl der Datensätze und die aktuellen Seitendatensätze in einer Datenbankverbindung abzurufen und sie darin zu speichern, einfach und klar!

4. Angepasste generische Schnittstellen, generische Klassen und generische Methoden

从上面的内容中，大家已经明白了泛型的具体运作过程。也知道了接口、类和方法也都可以使用泛型去定义，以及相应的使用。是的，在具体使用时，可以分为泛型接口、泛型类和泛型方法。

自定义泛型接口、泛型类和泛型方法与上述Java源码中的List、ArrayList类似。如下，我们看一个最简单的泛型类和方法定义：

public class GenericTest {
    public static void main(String[] args) {
        Box<String> name = new Box<String>("corn");
        System.out.println("name:" + name.getData());
    }
}
class Box<T> {
    private T data;
    public Box() {
    }
    public Box(T data) {
        this.data = data;
    }
    public T getData() {
        return data;
    }
}

在泛型接口、泛型类和泛型方法的定义过程中，我们常见的如T、E、K、V等形式的参数常用于表示泛型形参，由于接收来自外部使用时候传入的类型实参。那么对于不同传入的类型实参，生成的相应对象实例的类型是不是一样的呢？

public class GenericTest {
    public static void main(String[] args) {
        Box<String> name = new Box<String>("corn");
        Box<Integer> age = new Box<Integer>(712);
        System.out.println("name class:" + name.getClass());      // com.qqyumidi.Box
        System.out.println("age class:" + age.getClass());        // com.qqyumidi.Box
        System.out.println(name.getClass() == age.getClass());    // true
    }
}

由此，我们发现，在使用泛型类时，虽然传入了不同的泛型实参，但并没有真正意义上生成不同的类型，传入不同泛型实参的泛型类在内存上只有一个，即还是原来的最基本的类型（本实例中为Box），当然，在逻辑上我们可以理解成多个不同的泛型类型。

究其原因，在于Java中的泛型这一概念提出的目的，导致其只是作用于代码编译阶段，在编译过程中，对于正确检验泛型结果后，会将泛型的相关信息擦出，也就是说，成功编译过后的class文件中是不包含任何泛型信息的。泛型信息不会进入到运行时阶段。

五. 类型通配符

接着上面的结论，我们知道，Boxc8f01a3f8889dcf657849dd45bc0fc4c和Boxc0f559cc8d56b43654fcbe4aa9df7b4a实际上都是Box类型，现在需要继续探讨一个问题，那么在逻辑上，类似于Boxc8f01a3f8889dcf657849dd45bc0fc4c和Boxc0f559cc8d56b43654fcbe4aa9df7b4a是否可以看成具有父子关系的泛型类型呢？

为了弄清这个问题，我们继续看下下面这个例子:

public class GenericTest {
    public static void main(String[] args) {
        Box<Number> name = new Box<Number>(99);
        Box<Integer> age = new Box<Integer>(712);
        getData(name);
        
        //The method getData(Box<Number>) in the type GenericTest is 
        //not applicable for the arguments (Box<Integer>)
        getData(age);   // 1
    }
    
    public static void getData(Box<Number> data){
        System.out.println("data :" + data.getData());
    }
}

我们发现，在代码//1处出现了错误提示信息：The method getData(Boxc8f01a3f8889dcf657849dd45bc0fc4c) in the t ype GenericTest is not applicable for the arguments (Boxc0f559cc8d56b43654fcbe4aa9df7b4a)。显然，通过提示信息，我们知道Boxc8f01a3f8889dcf657849dd45bc0fc4c在逻辑上不能视为Boxc0f559cc8d56b43654fcbe4aa9df7b4a的父类。那么，原因何在呢？

public class GenericTest {
    public static void main(String[] args) {
        Box<Integer> a = new Box<Integer>(712);
        Box<Number> b = a;  // 1
        Box<Float> f = new Box<Float>(3.14f);
        b.setData(f);        // 2
    }
    public static void getData(Box<Number> data) {
        System.out.println("data :" + data.getData());
    }
}
class Box<T> {
    private T data;
    public Box() {
    }
    public Box(T data) {
        setData(data);
    }
    public T getData() {
        return data;
    }
    public void setData(T data) {
        this.data = data;
    }
}

这个例子中，显然//1和//2处肯定会出现错误提示的。在此我们可以使用反证法来进行说明。

假设Boxc8f01a3f8889dcf657849dd45bc0fc4c在逻辑上可以视为Boxc0f559cc8d56b43654fcbe4aa9df7b4a的父类，那么//1和//2处将不会有错误提示了，那么问题就出来了，通过getData()方法取出数据时到底是什么类型呢？Integer? Float? 还是Number？且由于在编程过程中的顺序不可控性，导致在必要的时候必须要进行类型判断，且进行强制类型转换。显然，这与泛型的理念矛盾，因此，在逻辑上Boxc8f01a3f8889dcf657849dd45bc0fc4c不能视为Boxc0f559cc8d56b43654fcbe4aa9df7b4a的父类。

好，那我们回过头来继续看“类型通配符”中的第一个例子，我们知道其具体的错误提示的深层次原因了。那么如何解决呢？总部能再定义一个新的函数吧。这和Java中的多态理念显然是违背的，因此，我们需要一个在逻辑上可以用来表示同时是Boxc0f559cc8d56b43654fcbe4aa9df7b4a和Boxc8f01a3f8889dcf657849dd45bc0fc4c的父类的一个引用类型，由此，类型通配符应运而生。

类型通配符一般是使用 ? 代替具体的类型实参。注意了，此处是类型实参，而不是类型形参！且Box6b3d0130bba23ae47fe2b8e8cddf0195在逻辑上是Boxc0f559cc8d56b43654fcbe4aa9df7b4a、Boxc8f01a3f8889dcf657849dd45bc0fc4c...等所有Boxf4669da5dd7ec4cbc793dba728d85fa1的父类。由此，我们依然可以定义泛型方法，来完成此类需求。

public class GenericTest {
    public static void main(String[] args) {
        Box<String> name = new Box<String>("corn");
        Box<Integer> age = new Box<Integer>(712);
        Box<Number> number = new Box<Number>(314);
        getData(name);
        getData(age);
        getData(number);
    }
    public static void getData(Box<?> data) {
        System.out.println("data :" + data.getData());
    }
}

有时候，我们还可能听到类型通配符上限和类型通配符下限。具体有是怎么样的呢？

在上面的例子中，如果需要定义一个功能类似于getData()的方法，但对类型实参又有进一步的限制：只能是Number类及其子类。此时，需要用到类型通配符上限。

public class GenericTest {
    public static void main(String[] args) {
        Box<String> name = new Box<String>("corn");
        Box<Integer> age = new Box<Integer>(712);
        Box<Number> number = new Box<Number>(314);
        getData(name);
        getData(age);
        getData(number);
        
        //getUpperNumberData(name); // 1
        getUpperNumberData(age);    // 2
        getUpperNumberData(number); // 3
    }
    public static void getData(Box<?> data) {
        System.out.println("data :" + data.getData());
    }
    
    public static void getUpperNumberData(Box<? extends Number> data){
        System.out.println("data :" + data.getData());
    }
}

此时，显然，在代码//1处调用将出现错误提示，而//2 //3处调用正常。

类型通配符上限通过形如Boxa2b037db85f4e1df0e812b9647ac55a8形式定义，相对应的，类型通配符下限为Boxda50108ad159903fabe211f1543600e8形式，其含义与类型通配符上限正好相反

六. 怎么构建复杂模型如list元组？

泛型的一个重要好处是能够简单而安全地创建复杂的模型。如List元组。

package Generics;  
  
import java.util.ArrayList;  
  
class ThreeTuple2<A,B,C>{  
    public final A first;  
    public final B second;  
    private final C three;  
    public ThreeTuple2(A a,B b,C c){  
        first = a;  
        second = b;  
        three = c;  
    }  
    public String toString(){  
        return "(" + first + "," + second + "," + three + ")";  
    }  
}  
  
public class TupleList<A,B,C> extends ArrayList<ThreeTuple2<A,B,C>> {  
    static ThreeTuple2<Integer,String,Character> h(){  
        return new ThreeTuple2<Integer,String,Character>(99,"掌上洪城",&#39;a&#39;);  
    }  
    public static void main(String[] args) {  
        TupleList<Integer,String,Character> ts = new TupleList<Integer,String,Character>();  
        ts.add(h());  
        ts.add(h());  
        for(ThreeTuple2<Integer,String,Character> ttp:ts)  
        System.out.println(ttp);          
    }  
}  
package Generics;  
  
import java.util.ArrayList;  
  
class ThreeTuple2<A,B,C>{  
    public final A first;  
    public final B second;  
    private final C three;  
    public ThreeTuple2(A a,B b,C c){  
        first = a;  
        second = b;  
        three = c;  
    }  
    public String toString(){  
        return "(" + first + "," + second + "," + three + ")";  
    }  
}  
  
public class TupleList<A,B,C> extends ArrayList<ThreeTuple2<A,B,C>> {  
    static ThreeTuple2<Integer,String,Character> h(){  
        return new ThreeTuple2<Integer,String,Character>(99,"掌上洪城",&#39;a&#39;);  
    }  
    public static void main(String[] args) {  
        TupleList<Integer,String,Character> ts = new TupleList<Integer,String,Character>();  
        ts.add(h());  
        ts.add(h());  
        for(ThreeTuple2<Integer,String,Character> ttp:ts)  
        System.out.println(ttp);          
    }  
}  
/* 输出结果为： 
(99,掌上洪城,a) 
(99,掌上洪城,a) 
*/

七. 泛型的擦除

package generics;  
  
import java.util.*;  
  
public class ErasedTypeEquivalence {  
    public static void main(String[] args) {  
        Class c1 = new ArrayList<String>().getClass();  
        Class c2 = new ArrayList<Integer>().getClass();  
        System.out.println(c1 == c2);  
    }  
} /* 
     * Output: true 
     */// :~

在泛型内部，无法获得任何有关泛型参数类型的信息。

ArrayListf7e83be87db5cd2d9a8a0b8117b38cd4和ArrayListc0f559cc8d56b43654fcbe4aa9df7b4a是相同的类型。

擦除的补偿

要想在表达式中使用类型，需要显式地传递类型的class对象。

package generics;  
class Building {  
}  
  
class House extends Building {  
}  
  
public class ClassTypeCapture<T> {  
    Class<T> kind;  
  
    public ClassTypeCapture(Class<T> kind) {  
        this.kind = kind;  
    }  
  
    public boolean f(Object arg) {  
        return kind.isInstance(arg);  
    }  
  
    public static void main(String[] args) {  
        ClassTypeCapture<Building> ctt1 = new ClassTypeCapture<Building>(Building.class);  
        System.out.println(ctt1.f(new Building()));  
        System.out.println(ctt1.f(new House()));  
        ClassTypeCapture<House> ctt2 = new ClassTypeCapture<House>(House.class);  
        System.out.println(ctt2.f(new Building()));  
        System.out.println(ctt2.f(new House()));  
    }  
} /* 
     * Output: true true false true 
     */// :~

八. 可以创建泛型数组吗？相应的应用场景怎么处理？

正如你在下面示例Erased.java中所见，不能创建泛型数组。一般的解决方案是任何想要创建泛型数组的地方都使用ArrayList:

package generics;  
  
public class Erased<T> {  
    private final int SIZE = 100;  
  
    public static void f(Object arg) {  
        if (arg instanceof T) {  
        } // Cannot make a static reference to the non-static type T  
        T var = new T(); // Error  
        T[] array = new T[SIZE]; // Error  
        T[] array = (T) new Object[SIZE]; // Unchecked warning  
    }  
} /// :~

使用ArrayList示例

package generics;  
  
import java.util.*;  
  
public class ListOfGenerics<T> {  
    private List<T> array = new ArrayList<T>();  
  
    public void add(T item) {  
        array.add(item);  
    }  
  
    public T get(int index) {  
        return array.get(index);  
    }  
} /// :~

九. 泛型限定（上限和下限）的表达式是怎样的？

上限：？extends E：可以接收E类型或者E的子类型对象。

下限：？super E：可以接收E类型或者E的父类型对象。

上限什么时候用：往集合中添加元素时，既可以添加E类型对象，又可以添加E的子类型对象。为什么？因为取的时候，E类型既可以接收E类对象，又可以接收E的子类型对象。 

下限什么时候用：当从集合中获取元素进行操作的时候，可以用当前元素的类型接收，也可以用当前元素的父类型接收。

十. 什么时候用泛型？

当接口、类及方法中的操作的引用数据类型不确定的时候，以前用的Object来进行扩展的，现在可以用泛型来表示。这样可以避免强转的麻烦，而且将运行问题转移到的编译时期。

泛型的细节：

1）、泛型到底代表什么类型取决于调用者传入的类型，如果没传，默认是Object类型；

2）、使用带泛型的类创建对象时，等式两边指定的泛型必须一致；

    原因：编译器检查对象调用方法时只看变量，然而程序运行期间调用方法时就要考虑对象具体类型了；

3）、等式两边可以在任意一边使用泛型，在另一边不使用(考虑向后兼容)；

ArrayListf7e83be87db5cd2d9a8a0b8117b38cd4al = new ArrayLista87fdacec66f0909fc0757c19f2d2b1d();  //错

//要保证左右两边的泛型具体类型一致就可以了，这样不容易出错。

ArrayListd876df6b879603b519fa77c3a7ff60d2 al = new ArrayListf7e83be87db5cd2d9a8a0b8117b38cd4();

al.add("aa");  //错

//因为集合具体对象中既可存储String，也可以存储Object的其他子类，所以添加具体的类型对象不合适，类型检查会出现安全问题。 ？extendsObject 代表Object的子类型不确定，怎么能添加具体类型的对象呢？

public static voidmethod(ArrayLista559c2fd4cc43ceac6831fa3de4b0d38 al) {

al.add("abc");  //错

  //只能对al集合中的元素调用Object类中的方法，具体子类型的方法都不能用，因为子类型不确定。

十一. Java类库中的泛型有那些？

所有的标准集合接口都是泛型化的—— Collectiond94943c0b4933ad8cac500132f64757f、Listd94943c0b4933ad8cac500132f64757f、Setd94943c0b4933ad8cac500132f64757f 和 Mapb77a8d9c3c319e50d4b02a976b347910。类似地，集合接口的实现都是用相同类型参数泛型化的，所以HashMapb77a8d9c3c319e50d4b02a976b347910 实现 Mapb77a8d9c3c319e50d4b02a976b347910 等。

除了集合类之外，Java 类库中还有几个其他的类也充当值的容器。这些类包括 WeakReference、SoftReference 和 ThreadLocal。