深入理解Java泛型

泛型引入

Java是一种强类型的语言，定义一个变量时需要指明其类型。Object是所有类的基类，在Java 1.5之前，为了让类具有通用性，通常使用Object来实现参数的任意化，如将String、Double等存储为Object类型，这个过程叫做自动装箱或向上转型。但是问题在于取数据时，必须做强制类型转换，将Object向下转型为String或Double等类型。向下转型存在很大的风险，需要事先知道具体的下转型类型是什么，一旦忘记或写错，在运行必然抛出异常，但在编译期间却不易发现，因此存在极大的安全隐患，应该尽量避免使用向下转型。

下面是使用Object的一个示例：

public class ObjectFoo {    private Object foo;    public ObjectFoo(Object f) {        this.foo = f;    }    public Object getFoo() {        return foo;    }    public void setFoo(Object foo) {        this.foo = foo;    }}

具体调用如下：

ObjectFoo strFoo1 = new ObjectFoo("hello Object");ObjectFoo intFoo1 = new ObjectFoo(100);// 此处需要强制类型转换为StringString strRst = (String) strFoo1.getFoo();// 此处需要强制类型转换为intint intRst = (int) intFoo1.getFoo();System.out.println("strFoo1.getFoo:" + strRst);System.out.println("intFoo1.getFoo:" + intRst);

正因为这个过程麻烦且容易出错，在Java 1.5中推出了泛型这个新特性，其本质是参数化类型。泛型在使用时会指明具体的类型，因此不需要向下转型，编译的时候也会检查类型安全，泛型还可以提高代码重用性，概括来说就是简单易用并且安全，泛型可用在类、接口、方法中，分别叫做泛型类、泛型接口和泛型方法，下面会一一介绍。

泛型类

依然以上述场景为例，先看一下利用泛型类是如何实现的：

public class GenericsFoo<T> {    private T foo;    public GenericsFoo(T f) {        this.foo = f;    }    public T getFoo() {        return foo;    }    public void setFoo(T foo) {        this.foo = foo;    }}

泛型类的调用：

// 使用泛型时必须指定具体类型，如String，不再需要类型转换GenericsFoo<String> strFoo2 = new GenericsFoo<>("Hello Generics");// 使用泛型时必须指定具体类型，如Integer，不再需要类型转换GenericsFoo<Integer> intFoo2 = new GenericsFoo<>(100);System.out.println("strFoo2.getFoo:" + strFoo2.getFoo());System.out.println("intFoo2.getFoo:" + intFoo2.getFoo());

从上面代码可以看到，跟普通的类相比，多出了<T>符号，T是自定义的标识符，也作为参数，用来传递数据类型，称之为类型参数。T可以理解为数据类型的占位符，在运行时会被替换为真正的数据类型，上面示例中T会被替换为String和Integer。

泛型规则

1. 泛型类型参数只能是类类型，包括自定义类。
2. 类型参数不一定写为T，实际上可以任意定义。但习惯上使用单个大写字母，并且通常有如下含义：T-Type（表示一般数据类型）、K-Key（表示键）、V-Value（表示值）、N-Number（表示数值类型）、E-Element（集合中的元素，在集合中使用）、？（表示不确定的类型，用作通配符）等等。
3. 泛型的类型参数可以有多个，用逗号隔开，如<K, V>。
4. 泛型的参数类型可以使用extends语句，例如<T extends superclass>，叫做限制泛型。如果有多个类和接口，写法为<T extends SomeClass & interface1 & interface2 & interface3>，但只能存在一个类，因为Java只能继承一个类，多个接口需写在类的后面。
5. 泛型的参数类型可以是通配符类型，例如Class<?> classType = Class.forName("java.lang.String")。

泛型方法

使用泛型方法时不必指明参数类型，编译器会根据传递的参数自动查找具体的类型，这一点与泛型类不同。泛型方法与其所在类是不是泛型类没有关系，普通类也可拥有泛型方法，要定义一个泛型方法，只需要将类型参数放在修饰符之后、返回值之前即可。一旦定义了类型参数，就可以在参数列表、方法体及返回值中使用了。

下面代码是在上述泛型类的基础上增加了一个泛型方法：

public class GenericsFoo<T> {    private T foo;    public GenericsFoo(T f) {        this.foo = f;    }    public T getFoo() {        return foo;    }    public void setFoo(T foo) {        this.foo = foo;    }    // 泛型方法    public <V> void getValue(V f) {        System.out.println("The value is:" + f);    }}

泛型方法除了定义不同，调用方法就跟普通方法一样：

GenericsFoo<String> strFoo2 = new GenericsFoo<>("Hello");strFoo2.getValue(strFoo2.getFoo());strFoo2.getValue("Generics Method");strFoo2.getValue(255);

输出结果：

The value is:Hello
The value is:Generics Method
The value is:255

泛型接口

泛型接口跟泛型类定义很像，直接放上示例代码，相信大家都能看懂。

定义泛型接口：

public interface Info<T> {    public T getVar();}

泛型接口的实现类：

public class InfoImp<T> implements Info<T> {    private T var;    public InfoImp(T var) {        this.var = var;    }    public void setVar(T var) {        this.var = var;    }    @Override    public T getVar() {        return var;    }}

调用示例：

public class GenericsInterface {    public static void main(String[] args) {        Info<String> strObj = new InfoImp<>("Hello Generics Interface");        System.out.println("The string value is:" + strObj.getVar());        Info<Integer> intObj = new InfoImp<>(1024);        System.out.println("The integer value is:" + intObj.getVar());    }}

输出结果：

The string value is:Hello Generics Interface
The integer value is:1024

限制泛型

上面泛型类的示例中public class GenericsFoo<T> 并没有限制类型参数T的类型，实际上这里相当于Object，可以是任何类型。有时候我们需要对此处的类型做特定限制，这就是限制泛型了，听起来有点抽象，举个例子很容易就明白了。

限制泛型的基本语法为<T extends SuperClass(或Interface)>，这里的extends需要广义理解，接口也是用它，这就表示T的类型只能是该SuperClass的子类或者是任何实现了这个接口的类的类型，这样就对泛型做了限制。

假设定义一个父类Geometry：

public class Geometry {    public String name;    public double area;}

再定义3个类，其中Circle、Square继承自Geometry，Keyboard没有继承Geometry。

public class Circle extends Geometry {}

public class Square extends Geometry {}

public class Keyboard {}

限制泛型类的定义如下：

public class GenericsRestrict<T extends Geometry> {}

如上所示，泛型类型仅能是Geomerty或其子类，其他类型则会报错。

调用测试，如果是限制之外的类型就会报错：

public class TestClass {    public static void main(String[] args) {        GenericsRestrict<Square> square = new GenericsRestrict<>();        GenericsRestrict<Circle> circle = new GenericsRestrict<>();        // 因为Keyboard没有继承Geometry,下面语句报错        GenericsRestrict<Keyboard> keyboard = new GenericsRestrict<>();    }}

当然extends后面可以是接口或类与多个接口，规范及原理相同，这里不再赘述。

通配符泛型

为了解决类型被限制死了而不能动态根据需要来确定的缺点，引入了“通配符泛型”， 如<? extends Collection>，？代表未知类型，这个类型可以是Collection接口的所有实现类。使用通配符有以下两点需要注意：

1. 如果只指定了<?>，而没有extends，则可以是任意类型。
2. 使用通配符？不但可以限制类型的上限，还可以限制下限。限制下限使用 super 关键字，例如 <? super Number> 表示只能接受 Number 及其父类，可接受的最低类型为Number。上限限制则是使用上面提到的extends关键字。

注意

如果在使用泛型时没有指定具体的数据类型，就会擦除泛型类型，并向上转型为 Object，在获取数据时必须向下强制类型转换，这与不使用泛型是一样的。