深入理解什麼是Java泛型？泛型怎麼使用？

本篇文章帶給大家的內容是介紹深入理解什麼是Java泛型？泛型怎麼使用？有一定的參考價值，有需要的朋友可以參考一下，希望對你們有幫助。

一、什麼是泛型

「泛型」 意味著所寫的程式碼可以被不同型別的物件所重複使用。泛型的提出是為了寫出重用性更好的程式碼。泛型的本質是參數化型別，也就是說所操作的資料型別 被指定為一個參數。

例如常見的集合類別LinkedList:

public class LinkedList<e> extends AbstractSequentialList<e> implements List<e>,Deque<e>,Cloneable,Serializable{
 //.....
 transient Link<e> voidLink;
//.....    
}</e></e></e></e></e>

可以看到，LinkedList 類別名稱及其實作的介面名稱後面有個特殊的部分，而且它的成員的類型 Link 也包含一個，# 也包含一個

，這個符號的就是型別參數，它使得在運行中，在建立一個LinkedList 時可以傳入不同的型別。 二、

為什麼會引入泛型

在引入在泛型之前，要實現一個通用的、可以處理不同類型的方法，你需要使用

Object

作為屬性和方法參數，例如這樣：

public class Generic{
    private Object[] mData;

    public Generic(int capacity){
        mData = new Object[capacity];
    }
    
    public Object getData(int index){
       //.....
       return mData[index];
    }
     
    public void add(int index,Object item){
       //.....
       mData[index] = item;
    }   

}

它使用一個 Object 數組來儲存數據，這樣在使用時可以新增不同類型的物件:

Generic generic = new Generic(10);
generic.add(0,"fangxing");
generic.add(1,23);

     

Object

 是所有類別的父類，所有的類別都可以作為成員被加入上述類別中；當需要使用的時候，必須進行強制轉換，而且這個強轉很有可能出現轉換異常：

String item1 = (String) generic.getData(0);
String item2 = (String) generic.getData(1);

第二行程式碼將一個Integer 強轉成String，執行時會報錯：

可以看到，使用Object 來實作通用、不同型別的處理，有這麼兩個缺點：

每次使用時都需要強制轉換成想要的型別
在編譯時編譯器不知道型別轉換是否正常，執行時才知道，不安全

根據《Java 程式設計思想》中的描述，泛型出現的動機在於：

有許多原因促成了泛型的出現，而最引人注意的一個原因，就是為了建立容器類別。

在JDK 1.5 出現泛型以後，許多集合類別都使用泛型來保存不同類型的元素，例如Collection:

public interface Collection<e> extends Iterable<e>{
   
     Iterator<e> iterator();
   
     Object[] toArray();
     
     <t> T[] toArray(T[] a);

     boolean add(E e);
     
     boolean remove(Object o);
 
     boolean  containsAll(Collecion> c);

     boolean addAll(Collection extends E> c);

     boolean removeAll(Collection> c);
   
}</t></e></e></e>

實際上引入泛型的主要目標有以下幾點：

• 類型安全性

   

• 泛型的主要目標是提高Java程式的型別安全性

• 編譯時期就可以檢查出因Java 類型不正確導致的ClassCastException 異常

符合越早出錯代價越小原則

• 消除強制型別轉換

   

• #泛型的一個附帶好處是，使用時直接得到目標型，消除許多強制型別轉換

所得即所需，這使得程式碼更可讀，並且減少了出錯機會

• 潛在的效能效益

   

• 由於泛型的實作方式，支援泛型（幾乎）不需要JVM 或類別檔案變更

• 所有工作都在編譯器中完成

編譯器產生的程式碼跟不使用泛型（和強制型別轉換）時所寫的程式碼幾乎一致，只是更能確保型別安全而已三、泛型的使用方式

泛型的本質是

參數化類型

，也就是說所操作的資料型態被指定為一個參數。

###類型參數的意義是告訴編譯器這個集合中要存放實例的類型，從而在添加其他類型時做出提示，在編譯時就為類型安全做了保證。 ######參數類型可以用在類別、介面和方法的建立中，分別稱為泛型類別、泛型介面、泛型方法。 ###

public class GenericClass<f>{
    private F mContent;
    
    public GenericClass(F content){
      mContent = content;
    }
  
    /*
      泛型方法
   */
    public F getContent(){
      return mContent;
    }
    
    public void setContent(F content){
      mcontent = content;
    }
   
    /*
       泛型接口
    */
    public interface GenericInterface<t>{
        void  doSomething(T t);
    }

}</t></f>

泛型类  

泛型类和普通类的区别就是类名后有类型参数列表 ，既然叫“列表”了，当然这里的类型参数可以有多个，比如 public class HashMap，参数名称由开发者决定。

类名中声明参数类型后，内部成员、方法就可以使用这个参数类型，比如上面的 GenericClass 就是一个泛型类，它在类名后声明了类型 F，它的成员、方法就可以使用 F 表示成员类型、方法参数/返回值都是 F 类型。

 泛型类最常见的用途就是作为容纳不同类型数据的容器类，比如 Java 集合容器类。

泛型接口

和泛型类一样，泛型接口在接口名后添加类型参数，比如上面的 GenericInterface，接口声明类型后，接口方法就可以直接使用这个类型。

实现类在实现泛型接口时需要指明具体的参数类型，不然默认类型是 Object，这就失去了泛型接口的意义。

未指明类型的实现类，默认是 Object 类型：

public class Generic implements GenericInterface{
    @Override
    public void doSomething(Object o){
      //...
    }
}

指明了类型的实现：

public class Generic implements GericInterface<string>{
     @Override
     public void doSomething(String s){
       //.....
     }
}</string>

泛型接口比较实用的使用场景就是用作策略模式的公共策略， Comparator就是一个泛型接口：

public interface Comparator<t>{
    public int compare(T lhs, Trhs);
    public bollean equals(Object object);
}</t>

泛型接口定义基本的规则，然后作为引用传递给客户端，这样在运行时就能传入不同的策略实现类。

泛型方法

泛型方法是指使用泛型的方法，如果它虽在的类是一个泛型类，那就很简单了，直接使用类声明的参数。

如果一个方法所在的类不是泛型类，或者他想要处理不同于泛型类声明类型的数据，那它就需要自己声明类型。

/*
    传统的方法，会有unchecked ... raw type 的警告 
*/
public Set union(Set s1, Set s2){
    Set result = new HashSet(s1);
    result.addAll(s2);
    return result;
}

/*
    泛型方法，介于方法修饰符和返回值之间的称作 类型参数列表<a>（可以有多个）
    类型参数列表 指定参数、返回值中泛型的参数类型范围，命名惯例与泛型相同。
*/
public <e> Set<e> union2(Set<e> s1, Set<e> s2){
    Set<e> result = new HashSet(s1);
    result.addAll(s2);
    return result;
}</e></e></e></e></e></a>

四、泛型的通配符

通配符：传入的类型有一个指定的范围，从而可以进行一些特定的操作

泛型中有三种通配符形式：

1.>无限制通配符

2. extends E> extends 关键字声明了类型的上界，表示参数化的类型可能是所指定的类型，或者是此类型的子类。

3. super E> super 关键字声明了类型的下界，表示参数化类型可能是指定类型，或者是此类型的父类。

无限制通配符

要使用泛型，但是不确定或者不关心实际要操作的类型，可以使用无限制通配符（尖括号里一个问号，即 > ），表示可以持有任何类型。

? 和 Object 不一样，List> 表示未知类型的列表，而 List

如传入个 List ，这时 List 的元素类型就是 String，想要往 List 里添加一个 Object，这当然是不可以的。

上界通配符

在类型参数中使用 extends 表示这个泛型中的参数必须是 E 或者 E 的子类，这样有两个好处：

• 如果传入的类型不是 E 或者 E 的子类，编辑不成功

• 泛型中可以使用 E 的方法，要不然还得强转成 E 才能使用

下界通配符

在类型参数中使用 super 表示这个泛型中的参数必须是 E 或者 E 的父类。

private <e> void add(List super E> dst, List<e> Src){
    for (E e : src){
    dst.add(e);
   }
}</e></e>

上面的 dst 类型 “大于等于” src 的类型，这里的“大于等于”是指 dst 表示的范围比 src 要大，因此装得下 dst 的容器也就能装 src。

通配符比较

无限制通配符 和 Object 有些相似，用于表示无限制或者不确定范围的场景。

用于灵活写入或比较，使得对象可以写入父类型的容器，使得父类型的比较方法可以应用于子类对象。

用于灵活读取，使得方法可以读取 E 或 E 的任意子类型的容器对象。

因此使用通配符的基本原则：

• 如果参数化类型表示一个 T 的生产者，使用 ;(T 的子类)

• 如果它表示一个 T 的消费者，就使用 ；（T 的父类）

• 如果既是生产又是消费，那使用通配符就没什么意义了，因为你需要的是精确的参数类型。

小总结一下：

• T 的生产者的意思就是结果会返回 T，这就要求返回一个具体的类型，必须有上限才够具体；

• T 的消费者的意思是要操作 T，这就要求操作的容器要够大，所以容器需要是 T 的父类，即 super T；

举个例子：

private <e>> E max(List extends E> e1){

    if(e1 == null){
        return null;
    }

    //迭代器返回的元素属于 E 的某个子类型
   
    Iterator extends E> iterator = e1.iterator();
    E result = iterator.next();
    while (iterator.hasNext()){
     E next = iterator.next();
      if(next.compareTo(result)>0){
       result = next;
      }
    }
    return result;
}</e>

1.要进行比较，所以 E 需要是可比较的类，因此需要 extends Comparable（注意这里不要和继承的 extends 搞混了，不一样）

2.Comparable 要对 E 进行比较，即 E 的消费者，所以需要用 super

3.而参数 List 表示要操作的数据是 E 的子类的列表，指定上限，这样容器才够大

五、泛型的类型擦除

Java 中的泛型和 C++ 中的模板有一个很大的不同：

• C++ 中模板的实例化会为每一种类型都产生一套不同的代码，这就是所谓的代码膨胀。

• Java 中并不会产生这个问题。虚拟机中并没有泛型类型对象，所有的对象都是普通类。

在 Java 中，泛型是 Java 编译器的概念，用泛型编写的 Java 程序和普通的 Java 程序基本相同，只是多了一些参数化的类型同时少了一些类型转换。

实际上泛型程序也是首先被转化成一般的、不带泛型的 Java 程序后再进行处理的，编译器自动完成了从 Generic Java 到普通 Java 的翻译，Java 虚拟机运行时对泛型基本一无所知。

当编译器对带有泛型的java代码进行编译时，它会去执行类型检查和类型推断，然后生成普通的不带泛型的字节码，这种普通的字节码可以被一般的 Java 虚拟机接收并执行，这在就叫做 类型擦除（type erasure）。

实际上无论你是否使用泛型，集合框架中存放对象的数据类型都是 Object，这一点不仅仅从源码中可以看到，通过反射也可以看到。

List<string> strings = new ArrayList();
List<integer> integers = new ArrayList();
System.out.println(Strings.getClass()==integers.getClass());//true</integer></string>

上面代码输出结果并不是预期的false,而是true。其原因就是泛型的擦除。

六、擦除的实现原理

一直有个疑问，Java 编译器在编译期间擦除了泛型的信息，那运行中怎么保证添加、取出的类型就是擦除前声明的呢？

Java 编辑器会将泛型代码中的类型完全擦除，使其变成原始类型。当然，这时的代码类型和我们想要的还有距离，接着 Java 编译器会在这些代码中加入类型转换，将原始类型转换成想要的类型。这些操作都是编译器后台进行，可以保证类型安全。总之泛型就是一个语法糖，它运行时没有存储任何类型信息。

擦除导致的泛型不可变性

泛型中没有逻辑上的父子关系，如 List 并不是 List 的父类。两者擦除之后都是List，所以形如下面的代码，编译器会报错：

/*
    两者并不是方法的重载，擦除之后就是同一方法，所以编译不会通过。
    擦除之后：
    void m(List numbers){}
    void m(List Strings){}   //编译不通过，已经存在形同方法签名 
*/
   void method(List<object> numbers){}
   void method(List<string> strings){}</string></object>

泛型的这种情况称为 不可变性，与之对应的概念是 协变、逆变：

• 协变：如果 A 是 B 的父类，并且 A 的容器（比如 List） 也是 B 的容器（List）的父类，则称之为协变的（父子关系保持一致）

• 逆变：如果 A 是 B 的父类，但是 A 的容器 是 B 的容器的子类，则称之为逆变（放入容器就篡位了）

• 不可变：不论 A B 有什么关系，A 的容器和 B 的容器都没有父子关系，称之为不可变

Java 中数组是协变的，泛型是不可变的。

擦除的拯救者：边界

我们知道，泛型运行时被擦除成原始类型，这使得很多操作无法进行.

如果没有指明边界，类型参数将被擦除为 Object。

如果我们想要让参数保留一个边界，可以给参数设置一个边界，泛型参数将会被擦除到它的第一个边界（边界可以有多个），这样即使运行时擦除后也会有范围。

比如：

public class GenericErasure {
    interface Game{
      void play();
    }
    interface Program{
      void code();
   }
   public static calss People<t>{
       private T mPeople;
       
       public People(T people){
         mPeople = people;
       }
       public void habit(){
         mPeople.code();
         mPeople.play();
        }
   }
   

}</t>

上述代码中, People 的类型参数 T 有两个边界,编译器事实上会把类型参数替换为它的第一个边界的类型。

七、泛型的规则

• 泛型的参数类型只能是类（包括自定义类），不能是简单类型。

• 同一种泛型可以对应多个版本（因为参数类型是不确定的），不同版本的泛型类实例是不兼容的。

• 泛型的类型参数可以有多个

• 泛型的参数类型可以使用 extends 语句，习惯上称为“有界类型”

• 泛型的参数类型还可以是通配符类型，例如 Class

泛型的使用场景

当类中要操作的引用数据类型不确定的时候，过去使用 Object 来完成扩展，JDK 1.5后推荐使用泛型来完成扩展，同时保证安全性。

八、总结

1.上面说到使用 Object 来达到复用，会失去泛型在安全性和直观表达性上的优势，那为什么 ArrayList 等源码中的还能看到使用 Object 作为类型？

      泛型出现时，Java 平台即将进入它的第二个十年，在此之前已经存在了大量没有使用泛型的 Java 代码。人们认为让这些代码全部保持合法，并且能够与使用泛型的新代码互用，非常重要。

这样都是为了兼容，新代码里要使用泛型而不是原始类型。

2.泛型是通过擦除来实现的。因此泛型只在编译时强化它的类型信息，而在运行时丢弃(或者擦除)它的元素类型信息。擦除使得使用泛型的代码可以和没有使用泛型的代码随意互用。

3.如果类型参数在方法声明中只出现一次，可以用通配符代替它。

private <e> void swap(List<e> list, int i, int j){
    //....
}</e></e>

只出现了一次 类型参数，没有必要声明，完全可以用通配符代替：

private void swap(List> list, int i, int j){
    //...
}

对比一下，第二种更加简单清晰吧。

4.数组中不能使用泛型

Array 事实上并不支持泛型，这也是为什么 Joshua Bloch 在 《Effective Java》一书中建议使用 List 来代替 Array，因为 List 可以提供编译期的类型安全保证，而 Array 却不能。

5.Java 中 List

• 在编译时编译器不会对原始类型进行类型安全检查，却会对带参数的类型进行检查

• 通过使用 Object 作为类型，可以告知编译器该方法可以接受任何类型的对象，比如String 或 Integer

• 你可以把任何带参数的类型传递给原始类型 List，但 却不能把 List 传递给接受 List 的方法，因为泛型的不可变性，会产生编译错误。

九、补充

静态资源不认识泛型

接上一个话题，如果把去掉，那么：

private static T ifThenElse(boolean b, T first, T second){
    return b ? first : second;
}

报错，T未定义。但是如果我们再把static去掉：

public class TestMain<t>{
    public static void main(String[] args){}
    
   @SuppressWarnings("unused")
   private List<t> ifThenElse(boolean b,T first, T second){
     return null;
   }
}</t></t>

这并不会有任何问题。两相对比下，可以看出static方法并不认识泛型，所以我们要加上一个，告诉static方法，后面的T是一个泛型。既然static方法不认识泛型，那我们看一下static变量是否认识泛型：

public class TestMain<t>{
    private List<t> notStaticList;
    private static List<t> staticList;
}</t></t></t>

这证明了，static变量也不认识泛型，其实不仅仅是staic方法、static变量、static块，也不认识泛型，可以自己试一下。总结起来就是一句话：静态资源不认识泛型。

總結：以上就是這篇文章的全部內容，希望能對大家的學習有所幫助。更多相關教學請造訪Java影片教學，java開發圖文教學，bootstrap影片教學！

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