Java泛型的学习和使用

2017-05-07 本文已影响534人贾博岩

前面，由于对泛型擦除的思考，引出了对Java-Type体系的学习。本篇，就让我们继续对“泛型”进行研究：

JDK1.5中引入了对Java语言的多种扩展，泛型(generics)即其中之一。

1. 什么是泛型？

泛型，即“参数化类型”，就跟在方法或构造函数中普通的参数一样，当一个方法被调用时，实参替换形参，方法体被执行。当一个泛型声明被调用，实际类型参数取代形式类型参数。

泛型

2. 为什么需要泛型？

对于Java开发者来说，集合是泛型运用最多的地方，例如：List<String>、Map<String,Integer>；试想一下，如若没有泛型泛型，当我们对集合进行遍历、进行元素获取的时候，一坨坨强制类型转换的代码就足以让人发疯，而且极易出现类型转换失败的风险；

但是，泛型的出现解决了这个问题，它不但简化了代码，还提高了程序的安全性；类型转换的错误提前到编译期解决掉；

强制转换

类型转换失败

3. 泛型的擦除

JDK1.5版本推出了泛型机制，在此之前，Java语言中并没有泛型的概念；当新特性来到的时候，必然会引起新老代码兼容性的问题，泛型也不例外。Java为解决兼容性问题，采用了擦除机制；

当我们声明并使用泛型的时候，编译器会帮助我们进行类型的检查和推断，然而在代码完成编译后的Class文件中，泛型信息却不复存在了，JVM在运行期间对泛型无感知，这样新老代码的兼容性迎刃而解，这也就是Java泛型的擦除；

在方法中，我们定义了List<String>、Map<String,Integer>等对象，在编译结束之后，都会变成List、Map等原始类型；对于JVM来说，泛型的信息是不可见的；下面，我们通过反射，来观察下！

反射

在程序运行期间，泛型的约束并不存在，通过反射，可以向集合中添加任意类型对象；

此外，当我们通过反编译工具查看GenericTest.class文件的时候，发现ArrayList对象中的泛型没有了，这也间接证明了泛型的擦除；

接下来，我们在通过javap命令查看生成的Class文件：

源码

javap -c 命令

结果显示，当我们执行集合的add方法的时候，泛型类型String已经被擦除，取而代之的是Object类型；当我们执行get方法的时候，泛型同样不存在，也是被当做Object来返回；

可是，我有个疑问，在编译期由于泛型的存在，我们不需要显式的进行类型转换，但是在运行期间是如何解决的呢，难道不会报错吗？

ArrayList--get方法

查看源码发现，ArrayList在get方法中，已经显式进行了类型转换；

自定义一个泛型类，在get方法中不进行类型转换的声明，看看结果如何？

运行main方法后，程序没有报错，正常结束；

通过上面的2个例子，我们不仅产生疑问，ArrayList中声明了类型转换，Test中没有声明，但是两者在运行期间都没有报错？那么ArrayList的声明意义何在呢 ?

当再次查看ArrayList源码时发现，elementData对象实际上是一个Object类型数组，当我们获取元素并返回的时候，编译器会根据方法的返回值进行类型安全检查，所以 return (E) elementData[index]才会有强制类型转换的情况；

通过了解checkcast指令后，结合上面的2个例子，我认为JVM虚拟机在真正执行get方法的时候，实际上隐式的为我们的代码进行了类型转换操作，就好比在代码中直接声明String ss = (String)test.getT()、String sss = (String)list.get(0)一样；

实际上，在了解到checkcast虚拟机指令后，再次证明了上面的观点；

checkcast：“检验类型转换，检验未通过将抛出ClassCastException”；

官方解释：checkcast checks that the top item on the operand stack (a reference to an object or array) can be cast to a given type. For example, if you write in Java：return ((String)obj);

4. 泛型擦除带来的问题

4.1 类型信息的丢失

由于泛型擦除机制的存在，在运行期间无法获取关于泛型参数类型的任何信息，自然也就无法对类型信息进行操作；例如：instanceof 、创建对象等；

编译报错

4.2 类型擦除与多态

首先，我们先复习下多态的概念，多态出现的场景；

简明直译，多态多态，多种形态；接口下众多的实现类，便是多态最显著实现场景之一；

其次，还有方法的重写Overriding和重载Overloading；

重写Overriding是父类与子类之间多态性的一种表现，如果在子类中定义某方法与其父类有相同的名称和参数，我们说该方法被重写(Overriding)。子类的对象使用这个方法时，将调用子类中的定义，对它而言，父类中的定义如同被“屏蔽”了。

重载Overloading是一个类中多态性的一种表现，如果在一个类中定义了多个同名的方法，它们或有不同的参数个数或有不同的参数类型，则称为方法的重载(Overloading)。Overloaded的方法是可以改变返回值的类型但同时参数列表也得不同。

接下来，让我们看一个例子，来具体的分析；

父类Test

子类TestChild

由于泛型擦除的存在，在程序运行期间，Test类在JVM虚拟机中实际的形态如下：

编译后Test类

泛型被擦除，泛型变量替换为Object对象；接下来，我们在看看子类TestChild代码----setT：

@Override

public void setT(String s) {}

首先，来看看set方法，实际运行期间父类Test的set方法参数为Object，子类的为String；回顾下Override
的定义，“如果在子类中定义某方法与其父类有相同的名称和参数，我们说该方法被重写(Overriding)”；显然，在运行期间我们子类和父类的set方法只有相同的名称，并没有相同的参数，所以并不满足“重写”的定义；

在看下，重载的定义，“如果在一个类中定义了多个同名的方法，它们或有不同的参数个数或有不同的参数类型，则称为方法的重载(Overloading)”。既然不是重写，并且Test 和 TestChild又是子父类关系，那么set方法从定义上来看只有可能是重载的关系；子类继承父类方法，在TestChild中形成重载：setT(Object t)、setT(String t)；

既然我们推断是setT属于重载，那么就用代码实现下即可：