小知识，大挑战！本文正在参与“[程序员必备小知识](https://juejin.cn/post/7008476801634680869 "https://juejin.cn/post/7008476801634680869")”创作活动。 # 一为什么我们需要泛型？例子1：开发中，经常有数值类型求和的需求，例如实现int类型的加法, 有时候还需要实现long类型的求和, 如果还需要double类型的求和，需要重新在重载一个输入是double类型的add方法。 ```java public int addInt(int x,int y){ return x+y; } public float addFloat(float x,float y){ return x+y; } ``` 例子2： ```java public class test { public static void main(String[] args) { List list = new ArrayList(); list.add("mark"); list.add(100); list.add(new student()); System.out.println(list.get(0).getClass()); System.out.println(list.get(1).getClass()); System.out.println(list.get(2).getClass()); } } //输出 class java.lang.String class java.lang.Integer class student hello world ``` 泛型的好处： - **适用于多种数据类型执行相同的代码** - **泛型中的类型在使用时指定，不需要强制类型转换** **（可见2.3第一个代码例子，形象！）** # 二泛型类、泛型接口、泛型方法、泛型通配符泛型，即“参数化类型”，就是将类型由原来的具体的类型参数化，类似于方法中的变量参数，此时类型也定义成参数形式（可以称之为类型形参），然后在使用/调用时传入具体的类型（类型实参）。泛型的本质是为了参数化类型（在不创建新的类型的情况下，通过泛型指定的不同类型来控制形参具体限制的类型）。也就是说在泛型使用过程中，操作的数据类型被指定为一个参数，这种参数类型可以用在类、接口和方法中，分别被称为泛型类、泛型接口、泛型方法。引入一个类型变量T（其他大写字母都可以，不过常用的就是T，E，K，V等等），并且用<>括起来，并放在类名的后面。泛型类是允许有多个类型变量的。 ## 2.1 泛型类： ```java public class NormalGeneric { private K data; public NormalGeneric(K data) { this.data = data; } } ``` **如何实现泛型接口的类呢：** 1 ：未传入泛型实参时，在new出类的实例时，需要指定具体类型： ```java public class NormalGeneric { private K data; public NormalGeneric(K data) { this.data = data; } } ``` ```java NormalGeneric normalGeneric = new NormalGeneric<>(); ``` 2 ：传入泛型实参时： ```java public class NormalGeneric2 implements NormalGeneric { ... } ``` ## 2.2 泛型接口： ```java public interface Genertor { public T next(); } ``` ## 2.3 泛型方法： ```java public class GenericMethod { public T genericMethod(T ...a){ return a[0]; } public static void main(String[] args) { GenericMethod genericMethod = new GenericMethod(); System.out.println(genericMethod.genericMethod("mark","av","lance")); //1 System.out.println(genericMethod.genericMethod(12,34)); //2 System.out.println(genericMethod.genericMethod(true,false)); //3 } } //运行结果 //mark //12 //true ``` //1处的String其实可以不写。从//2和//3处可知，**//2和//3在传参时，就已经把参数的类型传递到了genericMethod(T ...a)方法中，赋给了T。** 值得注意的是，泛型的本质是参数化类型，所以在确定类型的情况下，实际上并不是泛型方法，距离如下： ```java //这不是泛型方法，而是一个普通的方法，只是使用了Generic这个泛型类做形参而已。 //obj这个参数的类型已经被定死了，是已经确定的类型：Generic public void showKeyValue1(Generic obj){ Log.d("泛型测试","key value is " + obj.getKey()); } //这也不是一个泛型方法，这也是一个普通的方法，只不过使用了泛型通配符? //泛型通配符?是一种类型实参（具体介绍可见泛型通配符一节），可以看做为所有类的父类 //也就是说，这里的obj参数类型也是确定了的 public void showKeyValue2(Generic obj){ Log.d("泛型测试","key value is " + obj.getKey()); } ``` ## 2.4 泛型通配符： Integer是Number的一个子类，类型擦除后Generic与Generic实际上是相同的一种基本类型。那么问题来了，在使用Generic作为形参的方法中，能否使用Generic的实例传入呢？在逻辑上类似于Generic和Generic是否可以看成具有父子关系的泛型类型呢？为了弄清楚这个问题，我们使用Generic这个泛型类继续看下面的例子： ```java public void showKeyValue(Generic obj){ Log.d("泛型测试","key value is " + obj.getKey()); } ``` showKeyValue(gNumber); ```java Generic gInteger = new Generic(123); Generic gNumber = new Generic(456); showKeyValue(gNumber); // showKeyValue这个方法编译器会为我们报错：Generic // cannot be applied to Generic // showKeyValue(gInteger); ``` 通过提示信息我们可以看到Generic不能被看作为Generic的子类。由此可以看出:同一种泛型可以对应多个版本（因为参数类型是不确定的），不同版本的泛型类实例是不兼容的。回到上面的例子，如何解决上面的问题？总不能为了定义一个新的方法来处理Generic类型的类，这显然与java中的多台理念相违背。因此我们需要一个在逻辑上可以表示同时是Generic和Generic父类的引用类型。由此类型通配符应运而生。我们可以将上面的方法改一下： ```java public void showKeyValue1(Generic obj){ Log.d("泛型测试","key value is " + obj.getKey()); } ``` 类型通配符一般是使用？代替具体的类型实参，注意了，**此处’？’是类型实参，而不是类型形参** 。再直白点的意思就是，此处的？和Number、String、Integer一样都是一种实际的类型，可以把？看成所有类型的父类。是一种真实的类型。可以解决当具体类型不确定的时候，这个通配符就是 ? ；**当操作类型时，不需要使用类型的具体功能时，只使用Object类中的功能。那么可以用 ? 通配符来表未知类型。** # 三限定类型变量有时候，我们需要对类型变量加以约束，比如计算两个变量的最小，最大值。 ```java public static T min(T a,T b){ if(a.comapareTo(b)>0) return a; else return b; } ``` 请问，如果确保传入的两个变量一定有compareTo方法？那么解决这个问题的方案就是将T限制为实现了接口Comparable的类 ```java public static T min(T a, T b){ if(a.compareTo(b)>0) return a; else return b; } ``` **T extends Comparable中**，T表示应该绑定类型的子类型，Comparable表示绑定类型，子类型和绑定类型可以是类也可以是接口。如果这个时候，我们试图传入一个没有实现接口Comparable的类的实例，将会发生编译错误。 ![](https://p3-juejin.byteimg.com/tos-cn-i-k3u1fbpfcp/a27336da074e4551bf99244abf84d595~tplv-k3u1fbpfcp-zoom-1.image) 同时extends左右都允许有多个，如 T,V extends Comparable & Serializable 注意限定类型中，只允许有一个类，而且如果有类，这个类必须是限定列表的第一个。这种类的限定既可以用在泛型方法上也可以用在泛型类上。 # 四泛型中的约束和局限性现在我们有泛型类 ```java public class Restrict ``` ## 4.1 不能用基本类型实例化类型参数 ```java Restrict restrict = new Restrict<>(); ``` 解释：因为Restrict< Double> 类型擦除之后Restrict类含有Object类型，Object不能存储double值。打个比方，如果你想放int的话，得写integer，不能光一个int的。因为int 是基本数据类型，Integer是其包装类，注意是一个类，泛型是要写个类的。（面试题） ## 4.2 运行时类型查询只适用于原始类型 ``` Restrict restrictString= new Restrict<>(); System.out.println(restrict.getClass()==restrictString.getClass()); System.out.println(restrict.getClass().getName()); System.out.println(restrictString.getClass().getName()); ``` 运行结果： ``` true cn.enjoyedu.generic.restrict.Restrict cn.enjoyedu.generic.restrict.Restrict ``` 因为 **类型擦除**, java 虚拟机中的对象没有泛型类型这一说, instanceof 和 getClass() 只能查询到原始类型, 具体的泛型类型时无从得知的。 ## 4.3 泛型类的静态上下文中类型变量失效不能在静态域或方法中引用类型变量。因为泛型是要在对象创建的时候才知道是什么类型的，而对象创建的代码执行先后顺序是static的部分，然后才是构造函数等等。所以在对象初始化之前static的部分已经执行了，如果你在静态部分引用的泛型，那么毫无疑问虚拟机根本不知道是什么东西，因为这个时候类还没有初始化。 ## 4.4 不能创建参数化类型的数组 ```java Restrict[] restrictArray; //正确 Restrict[] restricts = new Restrict[10]; //错误，不能创建参数化类型的数组 ``` 只可声明参数化类型的数组, 但不能创建参数化类型的数组。 ## 4.5 不能实例化类型变量 ```java public class Restrict { private T data; //不能实例化类型变量 public Restrict() { this.data = new T(); } } ``` ## 4.6 不能捕获泛型类的实例 ```java public class ExceptionRestrict { /*泛型类不能extends Exception/Throwable*/ //private class Problem extends Exception; /*不能捕获泛型类对象*/ // public void doWork(T x){ // try{ // // }catch(T x){ // //do sth; // } // } /*这样做可以*/ public void doWorkSuccess(T x) throws T{ try{ }catch(Throwable e){ throw x; } } } ``` # 五泛型类型的继承规则现在我们有一个类和子类 ```java public class Employee { } public class Worker extends Employee { } ``` 有一个泛型类 ```java Employee employee = new Worker(); Pair employeePair2 = new Pair(); ``` 请问Pair和Pair是继承关系吗？答案：不是，他们之间没有什么关系但是泛型类可以继承或者扩展其他泛型类，比如List和ArrayList ```java /*泛型类可以继承或者扩展其他泛型类，比如List和ArrayList*/ private static class ExtendPair extends Pair{ } Pair pair = new ExtendPair<>(); ``` # 六通配符类型 2.4中讲到了泛型通配符，用 ? 通配符来表未知类型，现在我们再来详细描述下子类、超类、无限定通配符。正如前面所述的，Pair和Pair没有任何关系，现在如果我们有一个泛型类和一个方法 ```java //方法 public static void print(GenericType p){ System.out.println(p.getData().getColor()); } //泛型类 public class GenericType { private T data; public T getData() { return data; } public void setData(T data) { this.data = data; } } ``` 现在我们有继承关系的类 ```java public class Fruit extends Food { private String color; public String getColor() { return color; } public void setColor(String color) { this.color = color; } } public class Orange extends Fruit { } public class Apple extends Fruit { } public class HongFuShi extends Apple { } ``` 则会产生这种情况： ```java public static void use(){ GenericType a = new GenericType<>(); print(a); GenericType b = new GenericType<>(); print(b); //这行报错应为方法print(GenericType p)中泛型的参数类型定为了Fruit } ``` **为解决这个问题，于是提出了一个通配符类型 ?** 有两种使用方式： **？ extends X 表示类型的上界，类型参数是X的子类** **？ super X 表示类型的下界，类型参数是X的超类** ## 6.1 ？ extends X 表示传递给方法的参数，必须是X的子类（包括X本身） ```java public static void print2(GenericType p){ System.out.println(p.getData().getColor()); } public static void use2(){ GenericType a = new GenericType<>(); print2(a); GenericType b = new GenericType<>(); print2(b); //print2(new GenericType()); GenericType c = new GenericType<>(); } ``` 但是对泛型类GenericType来说，如果其中提供了get和set类型参数变量的方法的话，set方法是不允许被调用的，会出现编译错误

get方法则没问题，会返回一个Fruit类型的值。为何？道理很简单，？ extends X 表示类型的上界，类型参数是X的子类，那么可以肯定的说，get方法返回的一定是个X（不管是X或者X的子类）编译器是可以确定知道的。但是set方法只知道传入的是个X，至于具体是X的哪个子类，不知道。 **总结：主要用于安全地访问数据，可以访问X及其子类型，并且不能写入非null的数据。** ## 6.2 ？ super X 表示传递给方法的参数，必须是X的超类（包括X本身）

但是对泛型类GenericType来说，如果其中提供了get和set类型参数变量的方法的话，set方法可以被调用的，且能传入的参数只能是X或者X的子类。 get方法只会返回一个Object类型的值。为何？？ super X 表示类型的下界，类型参数是X的超类（包括X本身），那么可以肯定的说，get方法返回的一定是个X的超类，那么到底是哪个超类？不知道，但是可以肯定的说，Object一定是它的超类，所以get方法返回Object。编译器是可以确定知道的。对于set方法来说，编译器不知道它需要的确切类型，但是X和X的子类可以安全的转型为X。 **总结：主要用于安全地写入数据，可以写入X及其子类型。** ## 6.3 无限定的通配符 ? 表示对类型没有什么限制，可以把？看成所有类型的父类，如Pair< ?>；比如： ```java ArrayList al=new ArrayList(); 指定集合元素只能是T类型 ArrayList al=new ArrayList();集合元素可以是任意类型，这种没有意义，一般是方法中，只是为了说明用法。 ``` 在使用上：？ getFirst() ：返回值只能赋给 Object，； void setFirst(?) ： setFirst 方法不能被调用，甚至不能用 Object 调用； # 七虚拟机是如何实现泛型的？泛型思想早在C++语言的模板（Template）中就开始生根发芽，在Java语言处于还没有出现泛型的版本时，只能通过Object是所有类型的父类和类型强制转换两个特点的配合来实现类型泛化。由于Java语言里面所有的类型都继承于java.lang.Object，所以Object转型成任何对象都是有可能的。但是也因为有无限的可能性，就只有程序员和运行期的虚拟机才知道这个Object到底是个什么类型的对象。在编译期间，编译器无法检查这个Object的强制转型是否成功，如果仅仅依赖程序员去保障这项操作的正确性，许多ClassCastException的风险就会转嫁到程序运行期之中。泛型技术在C#和Java之中的使用方式看似相同，但实现上却有着根本性的分歧，C#里面泛型无论在程序源码中、编译后的IL中（Intermediate Language，中间语言，这时候泛型是一个占位符），或是运行期的CLR中，都是切实存在的，List＜int＞与List＜String＞就是两个不同的类型，它们在系统运行期生成，有自己的虚方法表和类型数据，这种实现称为类型膨胀，基于这种方法实现的泛型称为真实泛型。 Java语言中的泛型则不一样，它只在程序源码中存在，在编译后的字节码文件中，就已经替换为原来的原生类型（Raw Type，也称为裸类型）了，并且在相应的地方插入了强制转型代码，因此，对于运行期的Java语言来说，ArrayList＜int＞与ArrayList＜String＞就是同一个类，所以泛型技术实际上是Java语言的一颗语法糖，Java语言中的泛型实现方法称为类型擦除，基于这种方法实现的泛型称为伪泛型。将一段Java代码编译成Class文件，然后再用字节码反编译工具进行反编译后，将会发现泛型都不见了，程序又变回了Java泛型出现之前的写法，泛型类型都变回了原生类型（Raw Type）。 JVM是运行字节码的，而泛型是在编译层面的，即泛型在编译成字节码之后到了JVM层面的话，就是普通类型了。 ```java public static String method(List stringList){ System.out.println("List"); return "OK"; } public static Integer method(List stringList){ System.out.println("List"); return 1; } ``` 上面这段代码是不能被编译的，因为参数List＜Integer＞和List＜String＞编译之后都被擦除了，变成了一样的原生类型List＜E＞，擦除动作导致这两种方法的特征签名变得一模一样。由于Java泛型的引入，各种场景（虚拟机解析、反射等）下的方法调用都可能对原有的基础产生影响和新的需求，如在泛型类中如何获取传入的参数化类型等。因此，JCP组织对虚拟机规范做出了相应的修改，引入了诸如Signature、LocalVariableTypeTable等新的属性用于解决伴随泛型而来的参数类型的识别问题，Signature是其中最重要的一项属性，它的作用就是存储一个方法在字节码层面的特征签名，这个属性中保存的参数类型并不是原生类型，而是包括了参数化类型的信息。修改后的虚拟机规范要求所有能识别49.0以上版本的Class文件的虚拟机都要能正确地识别Signature参数。另外，从Signature属性的出现我们还可以得出结论，擦除法所谓的擦除，仅仅是对方法的Code属性中的字节码进行擦除，实际上元数据中还是保留了泛型信息，这也是我们能通过反射手段取得参数化类型的根本依据。 # 参考文章： https://blog.csdn.net/s10461/article/details/53941091 https://www.cnblogs.com/narojay/p/10812602.html https://www.cnblogs.com/xiaozhang9/p/6033939.html https://juejin.im/post/5b28ca4e51882574e10df32c#heading-3