深入分析java中的泛型机制

想要学好java，泛型机制是一个必须要掌握的知识点，无奈很多书上写的不是很啰嗦，就是概念太多难以理解，因此参考了很多篇文章，对其进行整理了一下，希望对你有所帮助。

一、认识泛型

1、为什么要引入泛型？

泛型其实是在jdk1.5中才添加的。在jdk1.5之前我们要创建一个容器对象，是这样往里面添加内容的。

List list = new ArrayList();
list.add("我是字符串");//可以添加字符串
list.add(10.67);//可以添加float
list.add(false);//可以添加boolean

也就是说我们创建了一个容器之后，我们可以往里面添加任何东西，这时候就麻烦了，如果我们只想保存字符串，但是一不小心存了一个int类型的值，在输出的时候肯定会报错误的。那怎么办呢？于是乎，在jdk1.5添加了泛型机制，去规范我们输入的值。

List<String> list = new ArrayList<String>();

这时候我们的list就只能保存String类型的值了，如果我们保存了int类型的值，那么就会在编译期报错（一般情况下在ide写代码的时候，就会自动编译）。

2、泛型概念

有了上面这个例子，我们再来理解一下泛型的概念：

泛型实现了了参数化类型的概念，使得代码可以应用于多种类型。

那什么是参数化类型呢？也就是说把我们要操作的数据类型保存为一个参数。比如下面这样的

List<E>, Queue<E>

我们把要操作的数据类型变成了一个“E”。这个E就是一个类型参数，我们可以指定E是具体String类型，也可以指定一个通配符，表示可以操作一类数据类型。

3、使用泛型的优点

在java中，官方强烈推荐我们使用泛型。就是因为他有很多优点。

（1）类型安全：我们在使用泛型之后，可以指定输入的类型，比如只能输入String类型的值，输入其他的就会报错，这在代码编写时，为我们提供了极大的方便。

（2）消除强制类型转换：也就是说我们不需要进行类型转化，直接存储、直接输出。

（3）只在编译器有效：也就是说在运行时泛型是无效的。这避免了jvm花费时间在运行时做额外的操作。

对于第三点，我们这里去验证一下（这里使用到了最基本的反射方法）：

public class Test {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //第一个list1我们只创建了一个容器：可以输入任何类型
        ArrayList list1=new ArrayList();
        //第二个list2我们创建了一个泛型：只能输入String类型
        ArrayList<String> list2=new ArrayList<String>();
        //使用反射机制，获取Class
        Class c1=list1.getClass();
        Class c2=list2.getClass();
        //疑问：在运行时，他们俩相等嘛？
        System.out.print(c1==c2);
    }
}

在第三点其实已经给出答案了，输出肯定是true。因为泛型只在编译器有效，在运行时期无效，也就变成了一样的。就好比，在编译时期一个是羊，一个是披着狼皮的羊，在外表看着不一样。在运行时期，把狼皮脱掉了。就全暴露了，就都是羊了。

目前为止，我们已经把泛型的产生的原因（这只是原因之一），泛型的概念以及泛型的优点说出来了，下面我们就来看看，泛型机制在java中是如何使用的。

二、泛型的使用

泛型的使用主要是在三个方面，泛型类、泛型接口、泛型方法。我们一个一个去看。

1、泛型类

泛型类的使用也是非常简单的，和普通类的区别就是类名后有类型参数列表 <E>，既然是类型参数列表，也就是说可以有多个类型参数，比如<E,T>。我们直接创建一个泛型类看看吧。

//这里的E和T，可以有任意多个，名字使我们自己定的
public class Generic<E,T>{ 
    //这里的E和T由外部指定  
    private T key;
    private E e;
    public Generic(E e,T key) { 
        this.e=e;
        this.key = key;
    }
    //我们使用E和T就像使用String这些一样
    public T getKey(){ 
        return key;
    }
    public E getE(){ 
        return e;
    }
}

我们会发现，其实泛型类和普通类的区别也就是有了一个参数类型列表：Generic<E,T>。这里的<E,T>我们还可以添加任意多个。他就像String，Integer等等类型一样。名字是我们取的。使用的时候，也是和String、Integer这些一样。

下面我们就使用一下这个泛型类

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Generic<Integer,String> generic=new Generic<Integer,String>(123, "test");
        System.out.println(generic.getE());
        System.out.println(generic.getKey());
    }
}
//输出：
//test
//123

在使用这个泛型类的时候，有几个地方需要我们去注意：

（1）实例化泛型类时，必须指定E和T的具体类型，比如这里指定的是Integer和String

（2）指定的具体类型必须是类，不能是int,float等这些基础类型

（3）不能对泛型类使用instanceof。为什么呢？这是因为泛型类只在编译期有效，在运行时期不区分是什么类型，也就是在上面说的，穿着狼皮的羊脱掉狼皮之后，两只羊就都一样了。比如下面的代码是不合法的。

User<Integer> integerUser = new User<Integer>();
if(integerUser instanceof User<Integer>){ }
//会出现以下错误提示
//Cannot perform instanceof check against parameterized type Box<Integer>. 
//Use the form Box<?> instead since further 
//generic type information will be erased at runtime

2、泛型接口

泛型接口其实和泛型类一样，和普通接口的区别也是后面添加了类型参数列表 <E>。我们先创建一个泛型接口来看看。

public interface GenericInterface<T> {
    //定义一个普通方法：参数是E和T
    //注意：这可不是泛型方法
    public void test(T t) ;
}

注意：在泛型接口里面我们只是定义了一个普通的方法，可不是泛型方法，然后我们就可以使用一般的接口那样使用泛型接口了。

//GenericInterface<String>需要指定具体的类型String
public class GenericTest  implements GenericInterface<String>{
    //泛型接口中
    @Override
    public void test(String name) {
        System.out.println("具体类型是：String："+name);
    }
    public static void main(String[] args) {
        GenericTest genericTest = new GenericTest();
        genericTest.test("泛型接口");
    }
}

在使用泛型接口时候和使用泛型类一样同样有几个点需要我们知道：

（1）继承泛型接口的时候就需要指定具体是什么类型

（2）泛型中的方法也需要对相应的泛型参数赋予具体的类型。

3、泛型方法

泛型方法是什么意思呢？也就是我们输入参数的时候，输入的是泛型参数，而不是具体的参数。我们在调用这个泛型方法的时候，需要对泛型参数实例化。我们还是直接看例子：

//定义了一个泛型方法
public <T> T genericMethod(T t){
       return t;
}

这里最重要的就是public后面的<T>,只有有了这个东西才称得上泛型方法。当然这里的<T>也是一个泛型化列表。可以是<E,T等等>。我们给出几个普通方法，对比一下区别所在：

//1、public后面没有<T>
public T getName(T t){ 
    return t;
}
//2、就是和普通方法一样
public String getName(String  b) {
    return b;
}
//3、错误的泛型方法
public <T> T getName(Generic<E> e){
     //错误原因是因为E未声明，我们不知道
}  

现在我们知道区别了吧，也就是说泛型方法的标志就是，权限修饰符后面的<T>。我们看一下如何去使用。

public class GenericTest {  
    public static void main(String[] args) {
        Generic genericTest = new Generic();
        String a=genericTest.genericMethod("这里可以是任意类型");
        int b=genericTest.genericMethod(123);
        double c=genericTest.genericMethod(12.34);
    }
}

我们可以像普通方法那样去使用即可。

注意：在静态方法中使用泛型参数的时候，需要我们把静态方法定义为泛型方法

//比如说：我们想在静态方法getName中使用泛型参数T
public static void getName(T t){
    //这种是错误的，我们需要把静态方法转变成泛型方法。
}
public static <T> void getName(T t){
    //这样就可以了
}

4、泛型通配符

其实泛型通配符严格的划分是属于泛型类一部分的，为什么要用到泛型通配符呢？因为有时候我们希望传入的类型在一个指定的范围内。举个例子，之前我们传入的类型必须指定为Integer类型的，但是后来业务变了，Integer的父类Number类也可以传入。这时候就需要用到泛型通配符了。

泛型中有三种通配符形式：

（1）<?> 无限制通配符：表示我们可以传入任意类型的参数
（2）<? extends E> 表示类型的上界是E，只能是E或者是E的子孙类。
（3）<? super E> 声明了类型的下界E，只能是E或者是E的父类。

我们使用代码举个例子相信你就会明白了。

//在这里我们传入Number或者是Number的子类都可以
private <T extends Number> T getName(T t){
    return t;
}
//在这里我们传入E或者是E的父类都可以
private <E> E add(List<? super E> e){
    return e;
}

5、类型擦除

我们在文章一开始就曾经说过，泛型只在编译期有效，在运行期虚拟机是分辨不出来的，而且我们还用反射机制来验证了一下，发现在运行期两个ArrayList确实是一样的。那么问题来了，从编译期能够识别泛型，再到运行期不能识别泛型肯定需要一个过程，在这个过程中编译器肯定要对泛型进行一个处理，才能到运行期。这个处理就是类型擦除。
也就是说，在编译时期java编译器就完成了类型擦除。我们可以先看下面一种情况：

1-类型擦除.png

上面我们定义了这两个代码会出现这样的问题，这是因为java编译器在编译时期就进行了类型擦除，擦出了之后发现两个方法的方法名、参数列表一样。于是出现了两个一样的方法，报了这个错误。

上面出现的这种情况对我们来说真的是太麻烦了，如何解决这个问题呢？java又为我们提供了一个机制：边界，来解决这个问题。什么意思呢？之前我们的类型擦除，都是直接擦除到Object，现在有了边界之后，我们只擦出到一定的界限就不擦出了。我们再来看下面的使用了边界之后的好处：

public class GenericTest {
    interface A {
        void testA();
    }
    interface B{
        void testB();
    }
    public static class Test<T extends A & B>{
        private T val;
        public Test(T val){
            val = val;
        }
        public void test(){
            val.testA();
            val.testB();
        }
    }
}

现在应该能看明白了，我们限定了类型擦除的边界之后，就不会出现这种错误了。编译器会把类型参数替换为第一个边界。如果你还不明白，就动手操作一遍。

三、泛型总结

如果我们之前了解过java中的语法糖的知识话，我们应该知道其是泛型就是一个语法糖，语法糖就是一个方便程序员的功能，对语言没有任何影响。真正想要掌握泛型机制的话，还需要自己动手对每一块内容自己写一遍。OK，泛型就先到这里。

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