架构图
1 初识泛型
其实在使用 ArrayList 的时候我们已经接触过泛型了。如果不使用泛型在创建 ArrayList 实例时指定其元素的具体类型，那么 ArrayList 可以放入任何对象（Object的实例），但是 Java 编译器只知道 List 中存放的是 Object 实例。因此，在使用时需要将它们转换为对象所属的具体类（或接口）。
List list = new ArrayList(); // 没有泛型类型约束，列表元素默认是Object类型的
list.add(new String("First MyObject"));
MyObject myObject = (String) list.get(0); // 使用列表元素时需要进行类型转换
for(Object obj : list){
// 使用前进行类型转换
String theMyObject = (String) anObject;
......
}
使用 Java 泛型可以限制插入到 ArrayList 中的对象类型，且从 ArrayList 中检索对象时无需再做类型转换。
List<String> list = new ArrayList<>();
list.add(new String("First MyObject"));
String myObject = list.get(0);
for(String obj : list){
......
}
2 泛型的定义
“Java 泛型”这个技术术语，表示一组与泛型类型和方法的定义和使用相关的语言特性。在 Java 中，泛型类型（Generic Typs）或泛型方法（Generic Method）与常规类型和方法的不同之处在于它们具有类型参数。通过提供替换形式类型参数的实际类型参数，泛型类型被实例化，形成参数化类型。
Java在JDK5之后引入泛型，但是Java的泛型是伪泛型，Java虚拟机本身是不支持泛型的。Java的泛型是语法糖。
3 为什么使用泛型
与上面 ArrayList 的例程相似，如果仔细了解 Java 集合框架中的类，会发现他们的方法大多都支持泛型类型参数，如果不使用泛型这些类提供的方法的参数和返回值都会是 Object 类型的。现在，在泛型这种形式中，它们可以将任何 Java 类型作为参数并返回相同的值。
程序员经常想指定一个集合只包含某种类型的元素，例如 Integer 或 String 或自己定义的类。在引入泛型以前的集合框架中，如果不添加额外的类型检查，就不可能拥有同类集合，且使用集合元素时还需要把元素转换回实际类型。引入泛型后，会在编译时自动在代码中添加参数的类型检查，这节省了我们编写大量不必要的代码。
通俗地说，在Java中泛型强制约束了类型安全。
如果没有这种类型的安全性约束，代码中可能隐藏着各种仅在运行时才能发现的BUG。使用泛型，能使它们在编译时就能被发现。
简单地说，泛型通过在编译时检测到更多错误来增加代码的稳定性。
泛型的核心是“类型安全”，那么究竟什么是类型安全呢？类型安全是编译器的一个保证：“如果在正确的地方使用了正确的类型，那么在运行时就不应该有任何 ClassCastException” 。比如在 Java 中声明一个整数列表 List，那么 Java 会保证在编译时检测并报告任何将非整数类型插入到上述列表中的尝试。
4 泛型类型
4.1 泛型类
泛型类的语法形式：
// <> 指定的参数称为类型参数。
class name<T1, T2, ..., Tn> { /* ... */ }
泛型类的声明和非泛型类的声明类似，除了在类名后面添加了类型参数声明部分。由尖括号（<>）分隔的类型参数部分跟在类名后面。它指定类型参数（也称为类型变量）T1，T2，...和 Tn。如果一个类声明了一个或多个类型变量，那么它就是个泛型类。这些类型变量称为类的类型参数。
4.1.1 案例分析
DemoClass 是一个简单的Java类，它有一个属性 t，属性的类型是 Object。
class DemoClass {
private Object t;
public void set(Object t) { this.t = t; }
public Object get() { return t; }
}
这里我们希望一旦用某种类型初始化了类，类就只能用于该特定类型。
例如如果我们希望类的一个实例持有类型为 String 的属性 t ，那么这个实例就应该只能设置和获取 String 类型的属性 t。上面例子中由于我们已将属性 t 的类型声明为 Object，因此无法强制执行此限制，类的实例可以设置任何对象 到属性 t 上，并且可以从 get 方法期望任何返回值类型（因为所有 Java 类型都是 Object 类的子类型）。
为了强制 DemoClass 实例化后执行这种类型限制，我们可以在 DemoClass 的定义中使用泛型类型 ：
class DemoClass<T> {
//T stands for "Type"
private T t;
public void set(T t) { this.t = t; }
public T get() { return t; }
}
这样声明后，可以确保 DemoClass 一旦实例化后，就不会被错误的类型误用。
DemoClass<String> instance = new DemoClass<String>();
instance.set("lokesh"); //Correct usage
instance.set(1); //This will raise compile time error
4.2 泛型接口
让我们快速看一个例子来理解，泛型类型如何在 Java 的接口中使用。
//Generic interface definition
interface DemoInterface<T1, T2>
{
T2 doSomeOperation(T1 t);
T1 doReverseOperation(T2 t);
}
//A class implementing generic interface
class DemoClass implements DemoInterface<String, Integer>
{
public Integer doSomeOperation(String t)
{
//some code
}
public String doReverseOperation(Integer t)
{
//some code
}
}
4.3 泛型方法
泛型方法是引入其自己的类型参数的方法。泛型方法可以是普通方法、静态方法以及构造方法。 泛型方法语法形式如下：
public <T> T func(T obj) {}
是否拥有泛型方法，与其所在的类是否是泛型类没有关系。如果一个方法声明里使用了泛型类型参数，那么这个方法就是泛型方法。泛型方法与泛型类非常相似。它们的不同之处仅在于类型信息的范围仅在方法（或构造函数）内部。
4.3.1 案例分析
下面是一个泛型方法的代码示例，该方法可用于仅在该类型的数组 T[] list 中查找类型参数 T item 的出现次数。
package com.example.learngenrics;
import java.util.ArrayList;
public class GenericMethodDemo{
public static <T> int countAllOccurrences(ArrayList<T> list, T item) {
int count = 0;
if (item == null) {
for ( T listItem : list )
if (listItem == null)
count++;
}
else {
for ( T listItem : list )
if (item.equals(listItem))
count++;
}
return count;
}
public static void main(String[] args) {
ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
list.add("123");
list.add("abc");
list.add("123");
System.out.println(countAllOccurrences(list, "123"));
//System.out.println(countAllOccurrences(list, 123)); // 会导致编译错误。
// 如果 list 的类型是 T[] 则不会，这容易掉进坑里，最好不用
}
}
使用泛型方法的时候，通常不必指明类型参数，因为编译器会为我们找出具体的类型。这称为类型参数推断（type argument inference）。类型推断只对赋值操作有效，其他时候并不起作用。
5 类型通配符
在泛型代码中，“?” 问号通配符表示未知类型。例如 List<?> 在逻辑上是 List ，List 等所有 List<类型实参> 的父类。
5.1 无届通配符
"<?>" 叫做无界通配符，意味着对类型实参没有任何限制。
ArrayList<?> list = new ArrayList<Long>();
ArrayList<?> list = new ArrayList<String>();
ArrayList<?> list = new ArrayList<Employee>();
5.2 上界通配符
假设您想编写一个适用于 List、List 和 List 的方法，就可以通过使用上限通配符来实现这一点，把方法的参数类型声明成 List<? extends Number>，Integer、Double 是 Number 类的子类。所以通俗地讲，如果希望泛型表达式接受特定类的所有子类，就使用上界通配符。
import java.util.Arrays;
import java.util.List;
public class GenericUpperWildcardDemo
{
public static void main(String[] args)
{
// Integer 类型的列表
List<Integer> ints = Arrays.asList(1,2,3,4,5);
System.out.println(sum(ints));
// Double 类型的列表
List<Double> doubles = Arrays.asList(1.5d,2d,3d);
System.out.println(sum(doubles));
// String 类型的列表
List<String> strings = Arrays.asList("1","2");
// 会造成编译错误，因为sum 方法接受的参数类型是<? extends Number>
// String 并不是 Number 的子类
// System.out.println(sum(strings));
}
// 参数接收所有Number子类类型的列表
private static Number sum (List<? extends Number> numbers){
double s = 0.0;
for (Number n : numbers)
s += n.doubleValue();
return s;
}
}
5.3 下届通配符
如果想把泛型的参数类型限制为指定类型或者其超类类型，那么需要使用下界通配符。 它的语法形式为：<? super 指定类型>，比如 <? super Number> 就代表类型实参可以是 Number类或者其父类。
import java.util.List;
public class GenericsLowerBoundedWildcardDemo {
public static void addNumbers(List<? super Integer> list) {
for (int i = 1; i <= 5; i++) {
list.add(i);
}
}
public static void main(String[] args) {
List<Integer> list = new ArrayList<>();
addNumbers(list);
System.out.println(Arrays.deepToString(list.toArray()));
}
}
// Output:
// [1, 2, 3, 4, 5]
6 泛型擦除
6.1 先检查，再编译以及编译的对象
Q: 既然说类型变量会在编译的时候擦除掉，那为什么我们往 ArrayList 创建的对象中添加整数会报错呢？不是说泛型变量String会在编译的时候变为Object类型吗？为什么不能存别的类型呢？既然类型擦除了，如何保证我们只能使用泛型变量限定的类型呢？
A: Java编译器是通过先检查代码中泛型的类型，然后在进行类型擦除，再进行编译。
例如：
public static void main(String[] args) {
ArrayList<String> list = new ArrayList<String>();
list.add("123");
list.add(123);//编译错误
}复制代码
在上面的程序中，使用add方法添加一个整型，在IDE中，直接会报错，说明这就是在编译之前的检查，因为如果是在编译之后检查，类型擦除后，原始类型为Object，是应该允许任意引用类型添加的。可实际上却不是这样的，这恰恰说明了关于泛型变量的使用，是会在编译之前检查的。
那么，这个类型检查是针对谁的呢？我们先看看参数化类型和原始类型的兼容。
以 ArrayList举例子，以前的写法:
ArrayList list = new ArrayList(); 复制代码
现在的写法:
ArrayList<String> list = new ArrayList<String>();复制代码
如果是与以前的代码兼容，各种引用传值之间，必然会出现如下的情况：
ArrayList<String> list1 = new ArrayList(); //第一种 情况
ArrayList list2 = new ArrayList<String>(); //第二种 情况复制代码
这样是没有错误的，不过会有个编译时警告。
不过在第一种情况，可以实现与完全使用泛型参数一样的效果，第二种则没有效果。
因为类型检查就是编译时完成的，new ArrayList()只是在内存中开辟了一个存储空间，可以存储任何类型对象，而真正设计类型检查的是它的引用，因为我们是使用它引用list1来调用它的方法，比如说调用add方法，所以list1引用能完成泛型类型的检查。而引用list2没有使用泛型，所以不行。
public class Test {
public static void main(String[] args) {
ArrayList<String> list1 = new ArrayList();
list1.add("1"); //编译通过
list1.add(1); //编译错误
String str1 = list1.get(0); //返回类型就是String
ArrayList list2 = new ArrayList<String>();
list2.add("1"); //编译通过
list2.add(1); //编译通过
Object object = list2.get(0); //返回类型就是Object
new ArrayList<String>().add("11"); //编译通过
new ArrayList<String>().add(22); //编译错误
String str2 = new ArrayList<String>().get(0); //返回类型就是String
}
}
通过上面的例子，我们可以明白，类型检查就是针对引用的，谁是一个引用，用这个引用调用泛型方法，就会对这个引用调用的方法进行类型检测，而无关它真正引用的对象。
6.2 引用传递问题
泛型中参数话类型为什么不考虑继承关系？
在Java中，像下面形式的引用传递是不允许的:
ArrayList<String> list1 = new ArrayList<Object>(); //编译错误
ArrayList<Object> list2 = new ArrayList<String>(); //编译错误复制代码
我们先看第一种情况，将第一种情况拓展成下面的形式：
ArrayList<Object> list1 = new ArrayList<Object>();
list1.add(new Object());
list1.add(new Object());
ArrayList<String> list2 = list1; //编译错误复制代码
实际上，在第4行代码的时候，就会有编译错误。那么，我们先假设它编译没错。那么当我们使用list2引用用get()方法取值的时候，返回的都是String类型的对象（上面提到了，类型检测是根据引用来决定的），可是它里面实际上已经被我们存放了Object类型的对象，这样就会有ClassCastException了。所以为了避免这种极易出现的错误，Java不允许进行这样的引用传递。（这也是泛型出现的原因，就是为了解决类型转换的问题，我们不能违背它的初衷）。
再看第二种情况，将第二种情况拓展成下面的形式：
ArrayList<String> list1 = new ArrayList<String>();
list1.add(new String());
list1.add(new String());
ArrayList<Object> list2 = list1; //编译错误复制代码
没错，这样的情况比第一种情况好的多，最起码，在我们用list2取值的时候不会出现ClassCastException，因为是从String转换为Object。可是，这样做有什么意义呢，泛型出现的原因，就是为了解决类型转换的问题。
我们使用了泛型，到头来，还是要自己强转，违背了泛型设计的初衷。所以java不允许这么干。再说，你如果又用list2往里面add()新的对象，那么到时候取得时候，我怎么知道我取出来的到底是String类型的，还是Object类型的呢？
所以，要格外注意，泛型中的引用传递的问题。
6.3 自动类型转换
因为类型擦除的问题，所以所有的泛型类型变量最后都会被替换为原始类型。
既然都被替换为原始类型，那么为什么我们在获取的时候，不需要进行强制类型转换呢？
看下ArrayList.get()方法：
public E get(int index) {
RangeCheck(index);
return (E) elementData[index];
}
可以看到，在return之前，会根据泛型变量进行强转。假设泛型类型变量为Date，虽然泛型信息会被擦除掉，但是会将(E) elementData[index]，编译为(Date)elementData[index]。所以我们不用自己进行强转。当存取一个泛型域时也会自动插入强制类型转换。假设Pair类的value域是public的，那么表达式：
Date date = pair.value;
也会自动地在结果字节码中插入强制类型转换。
6.4 类型擦除与多态的冲突和解决方法
现在有这样一个泛型类：
class Pair<T> {
private T value;
public T getValue() {
return value;
}
public void setValue(T value) {
this.value = value;
}
}
然后我们想要一个子类继承它。
class DateInter extends Pair<Date> {
@Override
public void setValue(Date value) {
super.setValue(value);
}
@Override
public Date getValue() {
return super.getValue();
}
}
在这个子类中，我们设定父类的泛型类型为Pair<Date>，在子类中，我们覆盖了父类的两个方法，我们的原意是这样的：将父类的泛型类型限定为Date，那么父类里面的两个方法的参数都为Date类型。
public Date getValue() {
return value;
}
public void setValue(Date value) {
this.value = value;
}
所以，我们在子类中重写这两个方法一点问题也没有，实际上，从他们的@Override标签中也可以看到，一点问题也没有，实际上是这样的吗？
分析：实际上，类型擦除后，父类的的泛型类型全部变为了原始类型Object，所以父类编译之后会变成下面的样子：
class Pair {
private Object value;
public Object getValue() {
return value;
}
public void setValue(Object value) {
this.value = value;
}
}
再看子类的两个重写的方法的类型：
@Override
public void setValue(Date value) {
super.setValue(value);
}
@Override
public Date getValue() {
return super.getValue();
}
先来分析setValue方法，父类的类型是Object，而子类的类型是Date，参数类型不一样，这如果实在普通的继承关系中，根本就不会是重写，而是重载。 我们在一个main方法测试一下：
public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
DateInter dateInter = new DateInter();
dateInter.setValue(new Date());
dateInter.setValue(new Object()); //编译错误
}
如果是重载，那么子类中两个setValue方法，一个是参数Object类型，一个是Date类型，可是我们发现，根本就没有这样的一个子类继承自父类的Object类型参数的方法。所以说，却是是重写了，而不是重载了。
为什么会这样呢？
原因是这样的，我们传入父类的泛型类型是Date，Pair<Date>，我们的本意是将泛型类变为如下：
class Pair {
private Date value;
public Date getValue() {
return value;
}
public void setValue(Date value) {
this.value = value;
}
}
然后再子类中重写参数类型为Date的那两个方法，实现继承中的多态。
可是由于种种原因，虚拟机并不能将泛型类型变为Date，只能将类型擦除掉，变为原始类型Object。这样，我们的本意是进行重写，实现多态。可是类型擦除后，只能变为了重载。这样，类型擦除就和多态有了冲突。JVM知道你的本意吗？知道！！！可是它能直接实现吗，不能！！！如果真的不能的话，那我们怎么去重写我们想要的Date类型参数的方法啊。
于是JVM采用了一个特殊的方法，来完成这项功能，那就是桥方法。
首先，我们用javap -c className的方式反编译下DateInter子类的字节码，结果如下：
class com.tao.test.DateInter extends com.tao.test.Pair<java.util.Date> {
com.tao.test.DateInter();
Code:
0: aload_0
1: invokespecial #8 // Method com/tao/test/Pair."<init>":()V
4: return
public void setValue(java.util.Date); //我们重写的setValue方法
Code:
0: aload_0
1: aload_1
2: invokespecial #16 // Method com/tao/test/Pair.setValue:(Ljava/lang/Object;)V
5: return
public java.util.Date getValue(); //我们重写的getValue方法
Code:
0: aload_0
1: invokespecial #23 // Method com/tao/test/Pair.getValue:()Ljava/lang/Object;
4: checkcast #26 // class java/util/Date
7: areturn
public java.lang.Object getValue(); //编译时由编译器生成的巧方法
Code:
0: aload_0
1: invokevirtual #28 // Method getValue:()Ljava/util/Date 去调用我们重写的getValue方法;
4: areturn
public void setValue(java.lang.Object); //编译时由编译器生成的巧方法
Code:
0: aload_0
1: aload_1
2: checkcast #26 // class java/util/Date
5: invokevirtual #30 // Method setValue:(Ljava/util/Date; 去调用我们重写的setValue方法)V
8: return
}
从编译的结果来看，我们本意重写setValue和getValue方法的子类，竟然有4个方法，其实不用惊奇，最后的两个方法，就是编译器自己生成的桥方法。可以看到桥方法的参数类型都是Object，也就是说，子类中真正覆盖父类两个方法的就是这两个我们看不到的桥方法。而打在我们自己定义的setvalue和getValue方法上面的@Oveerride只不过是假象。而桥方法的内部实现，就只是去调用我们自己重写的那两个方法。
所以，虚拟机巧妙的使用了桥方法，来解决了类型擦除和多态的冲突。
6.5 泛型类型变量不能是基本数据类型
不能用类型参数替换基本类型。就比如，没有ArrayList<double>，只有ArrayList<Double>。因为当类型擦除后，ArrayList的原始类型变为Object，但是Object类型不能存储double值，只能引用Double的值。
6.6 运行时类型查询
ArrayList<String> arrayList = new ArrayList<String>();
因为类型擦除之后，ArrayList只剩下原始类型，泛型信息String不存在了。
那么，运行时进行类型查询的时候使用下面的方法是错误的
if( arrayList instanceof ArrayList<String>)
6.7 泛型在静态方法和静态类中的问题
泛型类中的静态方法和静态变量不可以使用泛型类所声明的泛型类型参数
举例说明：
public class Test2<T> {
public static T one; //编译错误
public static T show(T one){ //编译错误
return null;
}
}
因为泛型类中的泛型参数的实例化是在定义对象的时候指定的，而静态变量和静态方法不需要使用对象来调用。对象都没有创建，如何确定这个泛型参数是何种类型，所以当然是错误的。
但是要注意区分下面的一种情况：
public class Test2<T> {
public static <T >T show(T one){ //这是正确的
return null;
}
}
因为这是一个泛型方法，在泛型方法中使用的T是自己在方法中定义的 T，而不是泛型类中的T。
7 注意点
类的静态属性不能使用泛型类型
public class GenericsExample<T>
{
private static T member; //This is not allowed
}
不能创建类型参数的实例
任何创建 T 实例的尝试都将失败，抛出编译错误 Cannot instantiate the type T
public class GenericsExample<T>
{
public GenericsExample(){
new T();
}
}
泛型的类型参数不能是值类型
泛型的类型参数不能使用 int double 这样值类型，需要使用对应的包装类 Integer， Double 等。
final List<int> ids = new ArrayList<>(); // 不允许
final List<Integer> ids = new ArrayList<>();
不能创建泛型的异常类
public class GenericException<T> extends Exception {}
