Java 泛型，你真的都懂了吗

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概述

泛型，即“参数化类型”。一提到参数，最熟悉的就是定义方法时有形参，然后调用此方法时传递实参。那么参数化类型怎么理解呢？顾名思义，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。

示例

public static void main(String[] args) {
    List arrayList = new ArrayList();
    arrayList.add("hello");
    arrayList.add(100);
​
    for(int i = 0; i< arrayList.size();i++){
        String item = (String)arrayList.get(i);
        System.out.println("item = " + item);
    }
}

运行结果：

java.lang.ClassCastException: java.lang.Integer cannot be cast to java.lang.String

ArrayList可以存放任意类型，例子中添加了一个String类型，添加了一个Integer类型，再使用时都以String的方式使用，因此程序崩溃了。

为了解决类似这样的问题（在编译阶段就可以解决），泛型应运而生。

我们将第一行声明初始化list的代码更改一下，编译器会在编译阶段就能够帮我们发现类似这样的问题。

List<String> arrayList = new ArrayList<String>();
...
//arrayList.add(100); 在编译阶段，编译器就会报错

特性

泛型只在编译阶段有效。看下面的代码：

public static void main(String[] args) {
    List<String> stringList = new ArrayList<String>();
    List<Integer> integerList = new ArrayList<Integer>();
    Class stringListClass = stringList.getClass();
    Class integerListClass = integerList.getClass();
    if(stringListClass.equals(integerListClass)){
        System.out.println("泛型测试,类型相同");
    }
}

输出结果：泛型测试,类型相同。

通过上面的例子可以证明，Java中的泛型，只在编译阶段有效。在编译过程中，正确检验泛型结果后，会将泛型的相关信息擦除，并且在对象进入和离开方法的边界处添加类型检查和类型转换的方法。也就是说，泛型信息不会进入到运行时阶段。

总结成一句话：泛型类型在逻辑上看以看成是多个不同的类型，实际上都是相同的基本类型。

泛型的使用

泛型有三种使用方式，分别为：泛型类、泛型接口、泛型方法

泛型类

泛型类型用于类的定义中，被称为泛型类。通过泛型可以完成对一组类的操作对外开放相同的接口。最典型的就是各种容器类，如：List、Set、Map。

泛型类的最基本写法：

class 类名称 <泛型标识：可以随便写任意标识号，标识指定的泛型的类型>{
  private 泛型标识 /*（成员变量类型）*/ var; 
  .....

  }
}

一个最普通的泛型类：

此处T可以随便写为任意标识，常见的如T、E、K、V等形式的参数常用于表示泛型 ，在实例化泛型类时，必须指定T的具体类型。

public class Jw<T> {

    private T key;//key这个成员变量的类型为T,T的类型由外部指定

    public Jw(T key){//泛型构造方法形参key的类型也为T，T的类型由外部指定
        this.key = key;
    }

    public T getKey(){//泛型方法getKey的返回值类型为T，T的类型由外部指定
        return key;
    }
}

public static void main(String[] args) {
    //泛型的类型参数只能是类类型（包括自定义类），不能是简单类型
    //传入的实参类型需与泛型的类型参数类型相同，即为Integer
    Jw<Integer> integerJw = new Jw<Integer>(111);
    //传入的实参类型需与泛型的类型参数类型相同，即为String
    Jw<String> stringJw = new Jw<String>("Hello");
    System.out.println("integerJw = " + integerJw.getKey());
    System.out.println("stringJw = " + stringJw.getKey());
}

输出结果：
integerJw = 111
stringJw = Hello

定义的泛型类，就一定要传入泛型类型实参么？并不是这样，在使用泛型的时候如果传入泛型实参，则会根据传入的泛型实参做相应的限制，此时泛型才会起到本应起到的限制作用。如果不传入泛型类型实参的话，在泛型类中使用泛型的方法或成员变量定义的类型可以为任何的类型。

public static void main(String[] args) {
    Jw jw1 = new Jw(1111);
    Jw jw2 = new Jw("HELLO");
    Jw jw3 = new Jw(44.56);
    Jw jw4 = new Jw(true);

    System.out.println("jw1 = "+jw1.getKey());
    System.out.println("jw2 = "+jw2.getKey());
    System.out.println("jw3 = "+jw3.getKey());
    System.out.println("jw4 = "+jw4.getKey());
}

输出结果：
jw1 = 1111
jw2 = HELLO
jw3 = 44.56
jw4 = true

注意：

• 泛型的类型参数只能是类类型，不能是简单类型。
• 不能对确切的泛型类型使用instanceof操作。如下面的操作是非法的，编译时会出错。

if(example instanceof Jw<String>){} 

泛型接口

泛型接口与泛型类的定义及使用基本相同。

//定义一个泛型接口
public interface Parent<T> {
    public T next();
}

当实现泛型接口的类，未传入泛型实参时：

class son<T> implements Parent<T>{
    @Override
    public T next() {
        return null;
    }
}

当实现泛型接口的类，传入泛型实参时：

class son implements Parent<String>{

    private String[] fruits = new String[]{"Apple", "Banana", "Pear"};

    @Override
    public String next() {
        Random rand = new Random();
        return fruits[rand.nextInt(3)];
    }
}

泛型方法

泛型类，是在实例化类的时候指明泛型的具体类型；

泛型方法，是在调用方法的时候指明泛型的具体类型 。

/**
 * 泛型方法的基本介绍
 * @param tClass 传入的泛型实参
 * @return T 返回值为T类型
 * 说明：
 *     1）public 与 返回值中间<T>非常重要，可以理解为声明此方法为泛型方法。
 *     2）只有声明了<T>的方法才是泛型方法，泛型类中的使用了泛型的成员方法并不是泛型方法。
 *     3）<T>表明该方法将使用泛型类型T，此时才可以在方法中使用泛型类型T。
 *     4）与泛型类的定义一样，此处T可以随便写为任意标识，常见的如T、E、K、V等形式的参数常用于表示泛型。
 */
public <T> T parentMethod(Class<T> tClass)throws InstantiationException ,
  IllegalAccessException{
        T instance = tClass.newInstance();
        return instance;
}

public static void main(String[] args) {
    try {
        Object obj = Test03.parentMethod(Class.forName("fanxing.Test04"));
        System.out.println(obj);
    } catch (InstantiationException | IllegalAccessException | ClassNotFoundException e) {
        e.printStackTrace();
    }
}

类中的泛型方法

泛型方法可以出现在任何地方和任何场景中使用。但是有一种情况是非常特殊的，当泛型方法出现在泛型类中时，例子如下：

package fanxing;

public class Test05 {

    static class Animal{
        @Override
        public String toString() {
            return "Animal";
        }
    }

    class cat extends Animal{
        @Override
        public String toString() {
            return "cat";
        }
    }

    static class Person{
        @Override
        public String toString() {
            return "Person";
        }
    }

    static class Test05Test<T>{
        public void show_1(T t){
            System.out.println(t.toString());
        }

        //在泛型类中声明了一个泛型方法，使用泛型T，注意这个T是一种全新的类型，可以与泛型类中声明的T不是同一种类型。
        public <T> void show_2(T t){
            System.out.println(t.toString());
        }

        //在泛型类中声明了一个泛型方法，使用泛型E，这种泛型E可以为任意类型。可以类型与T相同，也可以不同。
        //由于泛型方法在声明的时候会声明泛型<E>，因此即使在泛型类中并未声明泛型，编译器也能够正确识别泛型方法中识别的泛型。
        public <E> void show_3(E t){
            System.out.println(t.toString());
        }

    }

    public static void main(String[] args) {
        Animal animal = new Animal();
        Person person = new Person();

        Test05Test<Animal> test05Test = new Test05Test<Animal>();
        //apple是Fruit的子类，所以这里可以
        test05Test.show_1(animal);
        //编译器会报错，因为泛型类型实参指定的是Fruit，而传入的实参类是Person
        //test05Test.show_1(person);

        //使用这两个方法都可以成功
        test05Test.show_2(animal);
        test05Test.show_2(person);

        //使用这两个方法也都可以成功
        test05Test.show_3(animal);
        test05Test.show_3(person);
    }

}

泛型方法与可变参数

再看一个泛型方法和可变参数的例子：

public class Test {

    public static <T> void printMsg(T... args){
        for(T t : args){
            System.out.println("t = " + t);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        printMsg("cat",222,"hello",55.68);
    }
}

输出结果：
t = cat
t = 222
t = hello
t = 55.68

静态方法与泛型

如果静态方法要使用泛型的话，必须将静态方法也定义成泛型方法 。

public class Test<T> {
    ....
    ....
    /**
     * 如果在类中定义使用泛型的静态方法，需要添加额外的泛型声明（将这个方法定义成泛型方法）
     * 即使静态方法要使用泛型类中已经声明过的泛型也不可以。
     * 如：public static void show(T t){..},此时编译器会提示错误信息：
          "Test cannot be refrenced from static context"
     */
    public static <T> void show(T t){

    }
}

小结:

泛型方法能使方法独立于类而产生变化，以下是一个基本的指导原则：

无论何时，如果你能做到，你就该尽量使用泛型方法。也就是说，如果使用泛型方法将整个类泛型化，那么就应该使用泛型方法。

另外对于一个static的方法而已，无法访问泛型类型的参数。所以如果static方法要使用泛型能力，就必须使其成为泛型方法。

泛型上下边界

在使用泛型的时候，我们还可以为传入的泛型类型实参进行上下边界的限制，如：类型实参只准传入某种类型的父类或某种类型的子类。

为泛型添加上边界，即传入的类型实参必须是指定类型的子类型

public void show(Parent<? extends Number> obj){
    System.out.println("key value is " + obj.getKey());
}

public void test() {
    Parent<String> parent1 = new Parent<String>("hello");
    Parent<Integer> parent2 = new Parent<Integer>(50);
    Parent<Float> parent3 = new Parent<Float>(2.4f);
    Parent<Double> parent4 = new Parent<Double>(3.14);
    //这一行代码编译器会提示错误，因为String类型并不是Number类型的子类
    // show(parent1);
    show(parent2);
    show(parent3);
    show(parent4);
}

如果我们把泛型类的定义也改一下:

public class Parent<T extends Number>{
    private T key;

    public Parent(T key) {
        this.key = key;
    }

    public T getKey(){
        return key;
    }
}

这一行代码也会报错，因为String不是Number的子类

Parent<String> parent1 = new Parent<String>("hello");

通过上面的两个例子可以看出：泛型的上下边界添加，必须与泛型的声明在一起 。

总结

提到泛型，相信大家用到最多的就是在集合中，其实，在实际的编程过程中，自己可以使用泛型去简化开发，且能很好的保证代码质量。关注我，一个专注分享Java知识的新时代农民工。