java泛型详解

1. 什么是泛型？泛型（Generic type 或者 generics）是对 Java 语言的类型系统的一种扩展，以支持创建可以按类型进行参数化的类。可以把类型参数看作是使用参数化类型时指定的类型的一个占位符，就像方法的形式参数是运行时传递的值的占位符一样。可以在集合框架（Collection framework）中看到泛型的动机。例如，Map 类允许您向一个 Map 添加任意类的对象，即使最常见的情况是在给定映射（map）中保存某个特定类型（比如 String）的对象。因为 Map.get() 被定义为返回 Object，所以一般必须将 Map.get() 的结果强制类型转换为期望的类型，如下面的代码所示：Map m = new HashMap();m.put("key", "blarg");String s = (String) m.get("key");要让程序通过编译，必须将 get() 的结果强制类型转换为 String，并且希望结果真的是一个 String。但是有可能某人已经在该映射中保存了不是 String 的东西，这样的话，上面的代码将会抛出 ClassCastException。理想情况下，您可能会得出这样一个观点，即 m 是一个 Map，它将 String 键映射到 String 值。这可以让您消除代码中的强制类型转换，同时获得一个附加的类型检查层，该检查层可以防止有人将错误类型的键或值保存在集合中。这就是泛型所做的工作。

类型擦除

正确理解泛型概念的首要前提是理解类型擦除（type erasure）。 Java中的泛型基本上都是在编译器这个层次来实现的。在生成的Java字节代码中是不包含泛型中的类型信息的。使用泛型的时候加上的类型参数，会被编译器在编译的时候去掉。这个过程就称为类型擦除。如在代码中定义的List<Object>和List<String>等类型，在编译之后都会变成List。JVM看到的只是List，而由泛型附加的类型信息对JVM来说是不可见的。Java编译器会在编译时尽可能的发现可能出错的地方，但是仍然无法避免在运行时刻出现类型转换异常的情况。类型擦除也是Java的泛型实现方式与C++模板机制实现方式之间的重要区别。

很多泛型的奇怪特性都与这个类型擦除的存在有关，包括：

泛型类并没有自己独有的Class类对象。比如并不存在List<String>.class或是List<Integer>.class，而只有List.class。静态变量是被泛型类的所有实例所共享的。对于声明为MyClass<T>的类，访问其中的静态变量的方法仍然是 MyClass.myStaticVar。不管是通过new MyClass<String>还是new MyClass<Integer>创建的对象，都是共享一个静态变量。泛型的类型参数不能用在Java异常处理的catch语句中。因为异常处理是由JVM在运行时刻来进行的。由于类型信息被擦除，JVM是无法区分两个异常类型MyException<String>和MyException<Integer>的。对于JVM来说，它们都是 MyException类型的。也就无法执行与异常对应的catch语句。

类型擦除的基本过程也比较简单，首先是找到用来替换类型参数的具体类。这个具体类一般是Object。如果指定了类型参数的上界的话，则使用这个上界。把代码中的类型参数都替换成具体的类。同时去掉出现的类型声明，即去掉<>的内容。比如T get()方法声明就变成了Object get()；List<String>就变成了List。接下来就可能需要生成一些桥接方法（bridge method）。这是由于擦除了类型之后的类可能缺少某些必须的方法。比如考虑下面的代码：

class MyString implements Comparable<String> {    public int compareTo(String str) {                return 0;        }} 

当类型信息被擦除之后，上述类的声明变成了class MyString implements Comparable。但是这样的话，类MyString就会有编译错误，因为没有实现接口Comparable声明的int compareTo(Object)方法。这个时候就由编译器来动态生成这个方法。

实例分析

了解了类型擦除机制之后，就会明白编译器承担了全部的类型检查工作。编译器禁止某些泛型的使用方式，正是为了确保类型的安全性。以上面提到的List<Object>和List<String>为例来具体分析：

public void inspect(List<Object> list) {        for (Object obj : list) {                System.out.println(obj);        }        list.add(1); //这个操作在当前方法的上下文是合法的。 }public void test() {        List<String> strs = new ArrayList<String>();        inspect(strs); //编译错误 } 

这段代码中，inspect方法接受List<Object>作为参数，当在test方法中试图传入List<String>的时候，会出现编译错误。假设这样的做法是允许的，那么在inspect方法就可以通过list.add(1)来向集合中添加一个数字。这样在test方法看来，其声明为List<String>的集合中却被添加了一个Integer类型的对象。这显然是违反类型安全的原则的，在某个时候肯定会抛出ClassCastException。因此，编译器禁止这样的行为。编译器会尽可能的检查可能存在的类型安全问题。对于确定是违反相关原则的地方，会给出编译错误。当编译器无法判断类型的使用是否正确的时候，会给出警告信息。

通配符与上下界

在使用泛型类的时候，既可以指定一个具体的类型，如List<String>就声明了具体的类型是String；也可以用通配符?来表示未知类型，如List<?>就声明了List中包含的元素类型是未知的。 通配符所代表的其实是一组类型，但具体的类型是未知的。List<?>所声明的就是所有类型都是可以的。但是List<?>并不等同于List<Object>。List<Object>实际上确定了List中包含的是Object及其子类，在使用的时候都可以通过Object来进行引用。而List<?>则其中所包含的元素类型是不确定。其中可能包含的是String，也可能是 Integer。如果它包含了String的话，往里面添加Integer类型的元素就是错误的。正因为类型未知，就不能通过new ArrayList<?>()的方法来创建一个新的ArrayList对象。因为编译器无法知道具体的类型是什么。但是对于 List<?>中的元素确总是可以用Object来引用的，因为虽然类型未知，但肯定是Object及其子类。考虑下面的代码：

public void wildcard(List<?> list) {    list.add(1);//编译错误 } 

如上所示，试图对一个带通配符的泛型类进行操作的时候，总是会出现编译错误。其原因在于通配符所表示的类型是未知的。

因为对于List<?>中的元素只能用Object来引用，在有些情况下不是很方便。在这些情况下，可以使用上下界来限制未知类型的范围。 如List<? extends Number>说明List中可能包含的元素类型是Number及其子类。而List<? super Number>则说明List中包含的是Number及其父类。当引入了上界之后，在使用类型的时候就可以使用上界类中定义的方法。比如访问 List<? extends Number>的时候，就可以使用Number类的intValue等方法。

类型系统

在Java中，大家比较熟悉的是通过继承机制而产生的类型体系结构。比如String继承自Object。根据Liskov替换原则，子类是可以替换父类的。当需要Object类的引用的时候，如果传入一个String对象是没有任何问题的。但是反过来的话，即用父类的引用替换子类引用的时候，就需要进行强制类型转换。编译器并不能保证运行时刻这种转换一定是合法的。这种自动的子类替换父类的类型转换机制，对于数组也是适用的。 String[]可以替换Object[]。但是泛型的引入，对于这个类型系统产生了一定的影响。正如前面提到的List<String>是不能替换掉List<Object>的。

引入泛型之后的类型系统增加了两个维度：一个是类型参数自身的继承体系结构，另外一个是泛型类或接口自身的继承体系结构。第一个指的是对于 List<String>和List<Object>这样的情况，类型参数String是继承自Object的。而第二种指的是 List接口继承自Collection接口。对于这个类型系统，有如下的一些规则：

相同类型参数的泛型类的关系取决于泛型类自身的继承体系结构。即List<String>是Collection<String> 的子类型，List<String>可以替换Collection<String>。这种情况也适用于带有上下界的类型声明。当泛型类的类型声明中使用了通配符的时候， 其子类型可以在两个维度上分别展开。如对Collection<? extends Number>来说，其子类型可以在Collection这个维度上展开，即List<? extends Number>和Set<? extends Number>等；也可以在Number这个层次上展开，即Collection<Double>和 Collection<Integer>等。如此循环下去，ArrayList<Long>和 HashSet<Double>等也都算是Collection<? extends Number>的子类型。如果泛型类中包含多个类型参数，则对于每个类型参数分别应用上面的规则。

理解了上面的规则之后，就可以很容易的修正实例分析中给出的代码了。只需要把List<Object>改成List<?>即可。List<String>是List<?>的子类型，因此传递参数时不会发生错误。

2. 泛型的好处Java 语言中引入泛型是一个较大的功能增强。不仅语言、类型系统和编译器有了较大的变化，以支持泛型，而且类库也进行了大翻修，所以许多重要的类，比如集合框架，都已经成为泛型化的了。这带来了很多好处：类型安全。 泛型的主要目标是提高 Java 程序的类型安全。通过知道使用泛型定义的变量的类型限制，编译器可以在一个高得多的程度上验证类型假设。没有泛型，这些假设就只存在于程序员的头脑中（或者如果幸运的话，还存在于代码注释中）。Java 程序中的一种流行技术是定义这样的集合，即它的元素或键是公共类型的，比如“String 列表”或者“String 到 String 的映射”。通过在变量声明中捕获这一附加的类型信息，泛型允许编译器实施这些附加的类型约束。类型错误现在就可以在编译时被捕获了，而不是在运行时当作 ClassCastException 展示出来。将类型检查从运行时挪到编译时有助于您更容易找到错误，并可提高程序的可靠性。

消除强制类型转换。 泛型的一个附带好处是，消除源代码中的许多强制类型转换。这使得代码更加可读，并且减少了出错机会。

最佳实践

在使用泛型的时候可以遵循一些基本的原则，从而避免一些常见的问题。

在代码中避免泛型类和原始类型的混用。比如List<String>和List不应该共同使用。这样会产生一些编译器警告和潜在的运行时异常。当需要利用JDK 5之前开发的遗留代码，而不得不这么做时，也尽可能的隔离相关的代码。在使用带通配符的泛型类的时候，需要明确通配符所代表的一组类型的概念。由于具体的类型是未知的，很多操作是不允许的。泛型类最好不要同数组一块使用。你只能创建new List<?>[10]这样的数组，无法创建new List<String>[10]这样的。这限制了数组的使用能力，而且会带来很多费解的问题。因此，当需要类似数组的功能时候，使用集合类即可。不要忽视编译器给出的警告信息。

普通泛型

Java代码

classPoint<T>{//此处可以随便写标识符号，T是type的简称privateTvar;//var的类型由T指定，即：由外部指定publicTgetVar(){//返回值的类型由外部决定returnvar;}publicvoidsetVar(Tvar){//设置的类型也由外部决定this.var=var;}};publicclassGenericsDemo06{publicstaticvoidmain(Stringargs[]){Point<String>p=newPoint<String>();//里面的var类型为String类型p.setVar("it");//设置字符串System.out.println(p.getVar().length());//取得字符串的长度}};———————————————————-classNotepad<K,V>{//此处指定了两个泛型类型privateKkey;//此变量的类型由外部决定privateVvalue;//此变量的类型由外部决定publicKgetKey(){returnthis.key;}publicVgetValue(){returnthis.value;}publicvoidsetKey(Kkey){this.key=key;}publicvoidsetValue(Vvalue){this.value=value;}};publicclassGenericsDemo09{publicstaticvoidmain(Stringargs[]){Notepad<String,Integer>t=null;//定义两个泛型类型的对象t=newNotepad<String,Integer>();//里面的key为String，value为Integert.setKey("汤姆");//设置第一个内容t.setValue(20);//设置第二个内容System.out.print("姓名；"+t.getKey());//取得信息System.out.print("，年龄；"+t.getValue());//取得信息}};

通配符

Java代码

classInfo<T>{privateTvar;//定义泛型变量publicvoidsetVar(Tvar){this.var=var;}publicTgetVar(){returnthis.var;}publicStringtoString(){//直接打印returnthis.var.toString();}};publicclassGenericsDemo14{publicstaticvoidmain(Stringargs[]){Info<String>i=newInfo<String>();//使用String为泛型类型i.setVar("it");//设置内容fun(i);}publicstaticvoidfun(Info<?>temp){//可以接收任意的泛型对象System.out.println("内容："+temp);}};

受限泛型

Java代码

classInfo<T>{privateTvar;//定义泛型变量publicvoidsetVar(Tvar){this.var=var;}publicTgetVar(){returnthis.var;}publicStringtoString(){//直接打印returnthis.var.toString();}};publicclassGenericsDemo17{publicstaticvoidmain(Stringargs[]){Info<Integer>i1=newInfo<Integer>();//声明Integer的泛型对象Info<Float>i2=newInfo<Float>();//声明Float的泛型对象i1.setVar(30);//设置整数，自动装箱i2.setVar(30.1f);//设置小数，自动装箱fun(i1);fun(i2);}publicstaticvoidfun(Info<?extendsNumber>temp){//只能接收Number及其Number的子类System.out.print(temp+"、");}};———————————————————-classInfo<T>{privateTvar;//定义泛型变量publicvoidsetVar(Tvar){this.var=var;}publicTgetVar(){returnthis.var;}publicStringtoString(){//直接打印returnthis.var.toString();}};publicclassGenericsDemo21{publicstaticvoidmain(Stringargs[]){Info<String>i1=newInfo<String>();//声明String的泛型对象Info<Object>i2=newInfo<Object>();//声明Object的泛型对象i1.setVar("hello");i2.setVar(newObject());fun(i1);fun(i2);}publicstaticvoidfun(Info<?superString>temp){//只能接收String或Object类型的泛型System.out.print(temp+"、");}};

泛型无法向上转型

Java代码

classInfo<T>{privateTvar;//定义泛型变量publicvoidsetVar(Tvar){this.var=var;}publicTgetVar(){returnthis.var;}publicStringtoString(){//直接打印returnthis.var.toString();}};publicclassGenericsDemo23{publicstaticvoidmain(Stringargs[]){Info<String>i1=newInfo<String>();//泛型类型为StringInfo<Object>i2=null;i2=i1;//这句会出错incompatibletypes}};

泛型接口

Java代码

interfaceInfo<T>{//在接口上定义泛型publicTgetVar();//定义抽象方法，抽象方法的返回值就是泛型类型}classInfoImpl<T>implementsInfo<T>{//定义泛型接口的子类privateTvar;//定义属性publicInfoImpl(Tvar){//通过构造方法设置属性内容this.setVar(var);}publicvoidsetVar(Tvar){this.var=var;}publicTgetVar(){returnthis.var;}};publicclassGenericsDemo24{publicstaticvoidmain(Stringarsg[]){Info<String>i=null;//声明接口对象i=newInfoImpl<String>("汤姆");//通过子类实例化对象System.out.println("内容："+i.getVar());}};———————————————————-interfaceInfo<T>{//在接口上定义泛型publicTgetVar();//定义抽象方法，抽象方法的返回值就是泛型类型}classInfoImplimplementsInfo<String>{//定义泛型接口的子类privateStringvar;//定义属性publicInfoImpl(Stringvar){//通过构造方法设置属性内容this.setVar(var);}publicvoidsetVar(Stringvar){this.var=var;}publicStringgetVar(){returnthis.var;}};publicclassGenericsDemo25{publicstaticvoidmain(Stringarsg[]){Infoi=null;//声明接口对象i=newInfoImpl("汤姆");//通过子类实例化对象System.out.println("内容："+i.getVar());}};

泛型方法

Java代码

classDemo{public<T>Tfun(Tt){//可以接收任意类型的数据returnt;//直接把参数返回}};publicclassGenericsDemo26{publicstaticvoidmain(Stringargs[]){Demod=newDemo();//实例化Demo对象Stringstr=d.fun("汤姆");//传递字符串inti=d.fun(30);//传递数字，自动装箱System.out.println(str);//输出内容System.out.println(i);//输出内容}};

通过泛型方法返回泛型类型实例

Java代码

classInfo<TextendsNumber>{//指定上限，只能是数字类型privateTvar;//此类型由外部决定publicTgetVar(){returnthis.var;}publicvoidsetVar(Tvar){this.var=var;}publicStringtoString(){//覆写Object类中的toString()方法returnthis.var.toString();}};publicclassGenericsDemo27{publicstaticvoidmain(Stringargs[]){Info<Integer>i=fun(30);System.out.println(i.getVar());}publicstatic<TextendsNumber>Info<T>fun(Tparam){//方法中传入或返回的泛型类型由调用方法时所设置的参数类型决定Info<T>temp=newInfo<T>();//根据传入的数据类型实例化Infotemp.setVar(param);//将传递的内容设置到Info对象的var属性之中returntemp;//返回实例化对象}};

使用泛型统一传入的参数类型

Java代码

classInfo<T>{//指定上限，只能是数字类型privateTvar;//此类型由外部决定publicTgetVar(){returnthis.var;}publicvoidsetVar(Tvar){this.var=var;}publicStringtoString(){//覆写Object类中的toString()方法returnthis.var.toString();}};publicclassGenericsDemo28{publicstaticvoidmain(Stringargs[]){Info<String>i1=newInfo<String>();Info<String>i2=newInfo<String>();i1.setVar("HELLO");//设置内容i2.setVar("汤姆");//设置内容add(i1,i2);}publicstatic<T>voidadd(Info<T>i1,Info<T>i2){System.out.println(i1.getVar()+""+i2.getVar());}};

泛型数组

Java代码

publicclassGenericsDemo30{publicstaticvoidmain(Stringargs[]){Integeri[]=fun1(1,2,3,4,5,6);//返回泛型数组fun2(i);}publicstatic<T>T[]fun1(T…arg){//接收可变参数returnarg;//返回泛型数组}publicstatic<T>voidfun2(Tparam[]){//输出System.out.print("接收泛型数组：");for(Tt:param){System.out.print(t+"、");}}};

泛型的嵌套设置

Java代码

classInfo<T,V>{//接收两个泛型类型privateTvar;privateVvalue;publicInfo(Tvar,Vvalue){this.setVar(var);this.setValue(value);}publicvoidsetVar(Tvar){this.var=var;}publicvoidsetValue(Vvalue){this.value=value;}publicTgetVar(){returnthis.var;}publicVgetValue(){returnthis.value;}};classDemo<S>{privateSinfo;publicDemo(Sinfo){this.setInfo(info);}publicvoidsetInfo(Sinfo){this.info=info;}publicSgetInfo(){returnthis.info;}};publicclassGenericsDemo31{publicstaticvoidmain(Stringargs[]){Demo<Info<String,Integer>>d=null;//将Info作为Demo的泛型类型Info<String,Integer>i=null;//Info指定两个泛型类型i=newInfo<String,Integer>("汤姆",30);//实例化Info对象d=newDemo<Info<String,Integer>>(i);//在Demo类中设置Info类的对象System.out.println("内容一："+d.getInfo().getVar());System.out.println("内容二："+d.getInfo().getValue());}};

泛型方法不一定要通过参数来确定泛型准确类型，可以只通过返回值，比如：

public static <E> ArrayList<E> newArrayList() { return new ArrayList<E>(); }

public List<PrepaidHistory> queryHistories(Long skyid,PrepaidHistoryType type, Date from, Date end) {

　　　　。。。 return Lists.newArrayList(); }

这样Lists.newArrayList();智能的知道返回类型为PrepaidHistory

人生如果错了方向，停止就是进步”。