掌握Java泛型的力量：从基础到高级用法

掌握Java泛型的力量：从基础到高级用法

  1. 后端开发与架构
  2. 2014.09.20
  3. 11 min read

什么是泛型

泛型就是变量类型的参数化。
在使用泛型前，存入集合中的元素可以是任何类型的，当从集合中取出时，所有的元素都是 Object 类型，需要进行向下的强制类型转换，转换到特定的类型。而强制类型转换容易引起运行时错误。
泛型类型参数只能被类或接口类型赋值，不能被原生数据类型赋值，原生数据类型需要使用对应的包装类。

  1. 不适用泛型

    class Test {
    private Object ob; // 定义一个通用类型成员
    public Test(Object ob) {
        this.ob = ob;
    }
    public Object getOb() {
        return ob;
    }
    public void setOb(Object ob) {
        this.ob = ob;
    }
    public void showTyep() {
        System.out.println("T的实际类型是: " + ob.getClass().getName());
    }
}
public class TestDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 定义类Gen2的一个Integer版本
        Test intOb = new Test(new Integer(88));
        intOb.showTyep();
        int i = (Integer) intOb.getOb();
        System.out.println("value= " + i);
        System.out.println("---------------------------------");
        // 定义类Gen2的一个String版本
        Test strOb = new Test("Hello Gen!");
        strOb.showTyep();
        String s = (String) strOb.getOb();
        System.out.println("value= " + s);
        }
}

  2. 使用泛型

    class Test<T> {
    private T ob; // 定义泛型成员变量
    public Test(T ob) {
        this.ob = ob;
    }
    public T getOb() {
        return ob;
    }
    public void setOb(T ob) {
        this.ob = ob;
    }
    public void showType() {
        System.out.println("T的实际类型是: " + ob.getClass().getName());
    }
}
public class TestDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 定义泛型类Gen的一个Integer版本
        Test<Integer> intOb = new Test<Integer>(88);
        intOb.showType();
        int i = intOb.getOb();
        System.out.println("value= " + i);
        System.out.println("----------------------------------");
        // 定义泛型类Gen的一个String版本
        Test<String> strOb = new Test<String>("Hello Gen!");
        strOb.showType();
        String s = strOb.getOb();
        System.out.println("value= " + s);
        }
}

    T 的实际类型是:
java.lang.Integer
value= 88

T 的实际类型是:
java.lang.String
value= Hello Gen!

深入

有两个类如下，要构造两个类的对象，并打印出各自的成员 x。

public class StringDemo {
    private String x;
    public StringDemo(String x) {
        this.x = x;
    }
    public String getX() {
        return x;
    }
    public void setX(String x) {
        this.x = x;
    }
}
public class DoubleDemo {
    private Double x;
    public DoubleDemo(Double x) {
        this.x = x;
    }
    public Double getX() {
        return x;
    }
    public void setX(Double x) {
        this.x = x;
    }
}

重构

因为上面的类中，成员和方法的逻辑都一样，就是类型不一样，因此考虑重构。Object 是所有类的父类，因此可以考虑用 Object 做为成员类型，这样就可以实现通用了，实际上就是 “Object 泛型”.

public class ObjectDemo {
    private Object x;
    public ObjectDemo(Object x) {
        this.x = x;
    }
    public Object getX() {
        return x;
    }
    public void setX(Object x) {
        this.x = x;
    }
}
public class ObjectDemoDemo {
    public static void main(String args[]) {
        ObjectDemo strDemo = new ObjectDemo(new StringDemo("Hello Generics!"));
        ObjectDemo douDemo = new ObjectDemo(new DoubleDemo(new Double("33")));
        ObjectDemo objDemo = new ObjectDemo(new Object());
        System.out.println("strFoo.getX=" + (StringDemo) strDemo.getX());
        System.out.println("douFoo.getX=" + (DoubleDemo) douDemo.getX());
        System.out.println("objFoo.getX=" + objDemo.getX());
    }
}

运行结果如下：
strDemo.getX=StringDemo@5d748654
douDemo.getX=DoubleDemo@d1f24bb
objDemo.getX=java.lang.Object@19821f

在 Java 5 之前，为了让类有通用性，往往将参数类型、返回类型设置为 Object 类型，当获取这些返回类型来使用时候，必须将其 “强制” 转换为原有的类型或者接口，然后才可以调用对象上的方法。

强制类型转换很麻烦，我还要事先知道各个 Object 具体类型是什么，才能做出正确转换。否则，要是转换的类型不对，比如将 “Hello Generics!” 字符串强制转换为 Double, 那么编译的时候不会报错，可是运行的时候就挂了。那有没有不强制转换的办法 ---- 有，改用 Java5 泛型来实现。

class GenericsTest<T> {
    private T x;
    public GenericsTest(T x) {
        this.x = x;
    }
    public T getX() {
        return x;
    }
    public void setX(T x) {
        this.x = x;
    }
}

public class GenericsTestDemo {
    public static void main(String args[]) {
        GenericsTest<String> strFoo = new GenericsTest<String>("Hello Generics!");
        GenericsTest<Double> douFoo = new GenericsTest<Double>(new Double("33"));
        GenericsTest<Object> objFoo = new GenericsTest<Object>(new Object());
        System.out.println("strTest.getX=" + strTest.getX());
        System.out.println("douTest.getX=" + douTest.getX());
        System.out.println("objTest.getX=" + objTest.getX());
    }
}

运行结果：
strTest.getX=Hello Generics!
douTest.getX=33.0
objTest.getX=java.lang.Object@19821f

和使用 “Object 泛型” 方式实现结果的完全一样，但是这个 Demo 简单多了，里面没有强制类型转换信息。
下面解释一下上面泛型类的语法：

使用 来声明一个类型持有者名称，然后就可以把 T 当作一个类型代表来声明成员、参数和返回值类型。
当然 T 仅仅是个名字，这个名字可以自行定义。

class GenericsTest 声明了一个泛型类，这个 T 没有任何限制，实际上相当于 Object 类型，实际上相当于 class GenericsTest。

与 Object 泛型类相比，使用泛型所定义的类在声明和构造实例的时候，可以使用 “<实际类型>” 来一并指定泛型类型持有者的真实类型。
类如
GenericsTest<Double> douTest=new GenericsTest<Double>(new Double("33"));

当然，也可以在构造对象的时候不使用尖括号指定泛型类型的真实类型，但是你在使用该对象的时候，就需要强制转换了。
比如：GenericsTest douTest=new GenericsTest(new Double("33"));

实际上，当构造对象时不指定类型信息的时候，默认会使用 Object 类型，这也是要强制转换的原因.

高级用法

限制泛型

在上面的例子中，由于没有限制 class GenericsTest 类型持有者 T 的范围，实际上这里的限定类型相当于 Object，这和 “Object 泛型” 实质是一样的。

比如我们要限制 T 为集合接口类型。只需要这么做：
class GenericsTest<T extends Collection>

这样类中的泛型 T 只能是 Collection 接口的实现类，传入非 Collection 接口编译会出错。

注意： 这里的限定使用关键字 extends，后面可以是类也可以是接口。

但这里的 extends 已经不是继承的含义了，
应该理解为 T 类型是实现 Collection 接口的类型，或者 T 是继承了 XX 类的类型。

下面继续对上面的例子改进，我只要实现了集合接口的类型：

public class CollectionGenTest<T extends Collection> {
    private T x;
    public CollectionGenTest(T x) {
        this.x = x;
    }
    public T getX() {
        return x;
    }
    public void setX(T x) {
        this.x = x;
    }
}

实例化的时候可以这么写

public class CollectionGenTestDemo {
    public static void main(String args[]) {
        CollectionGenTest<ArrayList> listTest = new CollectionGenTest<ArrayList>(new ArrayList(10));
        System.out.println(listTest.getX().size());
    }
}

多接口限制

虽然 Java 泛型简单的用 extends 统一的表示了原有的 extends 和 implements 的概念，但仍要遵循应用的体系，Java 只能继承一个类，但可以实现多个接口，所以你的某个类型需要用 extends 限定，且有多种类型的时候，只能存在一个是类，并且类写在第一位，接口列在后面，也就是：

<T extends SomeClass & interface1 & interface2 & interface3>

这里的例子仅演示了泛型方法的类型限定，对于泛型类中类型参数的限制用完全一样的规则，只是加在类声明的头部，如：

public class Demo<T extends Comparable & Serializable> {
    // T类型就可以用Comparable声明的方法和Seriablizable所拥有的特性了
}

通配符泛型

为了解决类型被限制死了不能动态根据实例来确定的缺点，引入了 “通配符泛型”，针对上面的例子，使用通配泛型格式为 <? extends Collection>

”?” 代表未知类型，这个类型是实现 Collection 接口。那么上面实现的方式可以写为：

public class CollectionGenTestDemo {
    public static void main(String args[]) {
        CollectionGenTest<?> listTest= new CollectionGenTest<ArrayList>(new ArrayList());
        System.out.println("实例化成功!");
    }
}
  1. 如果只指定了 <?>，而没有 extends，则默认是允许 Object 及其下的任何 Java 类了。也就是任意类。
  2. 通配符泛型不单可以向上限制，如 <? extends Collection>，还可以向下限制，如 <? super Double>，表示类型只能接受 Double 及其上层父类类型，如 Number、Object 类型的实例。
  3. 泛型类定义可以有多个泛型参数，中间用逗号隔开，还可以定义泛型接口，泛型方法。这些都与泛型类中泛型的使用规则类似。

泛型方法

是否拥有泛型方法，与其所在的类是否泛型没有关系。要定义泛型方法，只需将泛型参数列表置于返回值前。如:

public class ExampleA {
    private <T> void f(T x) {
        System.out.println(x.getClass().getName());
    }

    public static void main(String[] args) {
        ExampleA ea = new ExampleA();
        ea.f(" ");
        ea.f(10);
        ea.f('a');
        ea.f(ea);
    }
}

使用泛型方法时，不必指明参数类型，编译器会自己找出具体的类型。泛型方法除了定义不同，调用就像普通方法一样。

需要注意，一个 static 方法，无法访问泛型类的类型参数，所以，若要 static 方法需要使用泛型能力，必须使其成为泛型方法。
比如：

public class Demo{
    public static <T> T test(T a){
        return a;
    }
}

List<?> 和 List 的区别

类型参数 "" 和无界通配符 ”<?>”

声明一个泛型类或泛型方法。
<?> 使用泛型类或泛型方法。

https://www.zhihu.com/question/31429113

Java 泛型 <? super T> 中 super 怎么 理解？与 extends 有何不同

https://www.zhihu.com/question/20400700/answer/117464182

Java 学习笔记 最佳实践