Java 泛型总结

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什么是泛型

 

泛型是jdk5引入的类型机制，就是将类型参数化，它是早在1999年就制定的jsr14的实现。

 

泛型机制将类型转换时的类型检查从运行时提前到了编译时，使用泛型编写的代码比杂乱的使用object并在需要时再强制类型转换的机制具有更好的可读性和安全性。

 

泛型程序设计意味着程序可以被不同类型的对象重用，类似c++的模版。

 

泛 型对于集合类尤其有用，如ArrayList。这里可能有疑问，既然泛型为了适应不同的对象，ArrayList本来就可以操作不同类型的对象呀？那是因 为没有泛型之前采用继承机制实现的，实际上它只维护了一个Object对象的数组。结果就是对List来说它只操作了一类对象Object，而在用户看来 却可以保存不同的对象。

 

泛型提供了更好的解决办法——类型参数，如：

 

这样解决了几个问题：

1.可读性，从字面上就可以判断集合中的内容类型；

2.类型检查，避免插入非法类型。

3. 获取数据时不在需要强制类型转换。

 

泛型类

 

其中 <T> 是类型参数定义。

 

使用时：Pair<String> p = new Pair<String>();

此时类内部的field1就是字符串类型了。

 

如果引用多个类型，可以使用逗号分隔：<S, D>

类型参数名可以使用任意字符串，建议使用有代表意义的单个字符，以便于和普通类型名区分，如：T代表type，有原数据和目的数据就用S，D，子元素类型用E等。当然，你也可以定义为XYZ,甚至xyZ。

 

泛型方法

泛型方法定义如下：

 

与泛型类一样，<T> 是类型参数定义。如：

 

严格的调用方式：

 

一般情况下调用时可以省略，看起来就像定义String类型参数的方法：GenericMethod.getMiddle(String,String,String)，这是因为jdk会根据参数类型进行推断。看一下下面的例子：

 

输出结果为：

 

这是因为jdk推断三个参数的共同父类，匹配为Object,那么相当于：

 

习惯了类型参数放在类的后面，如ArrayList<String>，泛型方法为什么不放在后面？看一个例子：

 

因此，为了避免歧义，jdk采用类型限定符前置。

 

 

泛型方法与泛型类的方法

 

如果泛型方法定义在泛型类中，而且类型参数一样：

 

是不是说，定义GenericMethod时传了 Integer 类型，sayHi()也就自动变成 Integer 了呢？No。

 

该代码运行一点问题都没有。原因就在于泛型方法中的<T>,如果去掉它，就有问题了。

 

小结：

泛型方法有自己的类型参数，泛型类的成员方法使用的是当前类的类型参数。

 

方法中有<T> 是泛型方法；没有的，称为泛型类中的成员方法。

 

 

类型参数的限定

 

如果限制只有特定某些类可以传入T参数，那么可以对T进行限定，如：只有实现了特定接口的类：<T extends Comparable>，表示的是Comparable及其子类型。

 

为什么是extends不是 implements，或者其他限定符？

严格来讲，该表达式意味着：`T subtypeOf Comparable`,jdk不希望再引入一个新的关键词;

 

其次，T既可以是类对象也可以是接口，如果是类对象应该是`implements`,而如果是接口，则应该是`extends`；从子类型上来讲，extends更接近要表达的意思。

 

好吧，这是一个约定。

 

限定符可以指定多个类型参数，分隔符是 &，不是逗号，因为在类型参数定义中，逗号已经作为多个类型参数的分隔符了，如:<T,S extends Comparable & Serializable>。

 

泛型限定的优点：


限制某些类型的子类型可以传入，在一定程度上保证类型安全；

 

可以使用限定类型的方法。如：

 

加上限定符，就可以访问限定类型的方法了，类型更明确。

 

注：

我们知道final类不可继承，在继承机制上class SomeString extends String是错误的，但泛型限定符使用时是可以的：<T extends String>，只是会给一个警告。

 

后面的通配符限定有一个super关键字，这里没有。

 

 

泛型擦除

泛型只在编译阶段有效，编译后类型被擦除了，也就是说jvm中没有泛型对象，只有普通对象。所以完全可以把代码编译为jdk1.0可以运行的字节码。

 

擦除的方式

定义部分，即尖括号中间的部分直接擦除。

 

擦除后：

 

引用部分如：

 

其中的T被替换成对应的限定类型，擦除后：

 

如果没有限定类型：

 

那么的替换为object,即:

 

有多个限定符的，替换为第一个限定类型名。如果引用了第二个限定符的类对象，编译器会在必要的时候进行强制类型转换。

 

类擦除后变为：

 

而表达式返回值返回时，泛型的编译器自动插入强制类型转换。

 

 

泛型擦除的残留

反编译GenericClass：

 

好像前面说的不对啊，这还是T啊，没有擦除呀？

 

这就是擦除的残留。反汇编：

 

其中：

descriptor：对方法参数和返回值进行描述； signature：泛型类中独有的标记，普通类中没有，JDK5才加入，标记了定义时的成员签名，包括定义时的泛型参数列表，参数类型，返回值等；

 

可以看到public T field1;是签名，还保留了定义的格式；其对应的参数类型是Ljava/lang/Object;。

 

最后一行是类的签名，可以看到T后面有跟了擦除后的参数类型：<T:Ljava/lang/Object;>。

这样的机制，对于分析字节码是有意义的。

 

 

泛型的约束和限制

 

不能使用8个基本类型实例化类型参数

原因在于类型擦除，Object不能存储基本类型：

byte,char,short,int,long,float,double，boolean

 

从包装类角度来看，或者说三个： Number(byte,short,int,long,float,double),char,boolean

 

类型检查不可使用泛型

 

不能创建泛型对象数组

 

可以定义泛型类对象的数组变量，不能创建及初始化。

 

注，可以创建通配类型数组，然后进行强制类型转换。不过这是类型不安全的。

 

不可以创建的原因是：因为类型擦除的原因无法在为元素赋值时类型检查，因此jdk强制不允许。

 

有一个特例是方法的可变参数，虽然本质上是数组，却可以使用泛型。

 

安全的方法是使用List。

 

Varargs警告

java不支持泛型类型的对象数组，可变参数是可以的。它也正是利用了强制类型转换，因此同样是类型不安全的。所以这种代码编译器会给一个警告。

 

去除警告有两种途径：一种是在定义可变参数方法上（本例中的getMiddle()）加上@SafeVarargs注解，另一种是在调用该方法时添加@SuppressWarnings("unchecked")注解。

 

不能实例化泛型对象

 

解决办法是传入Class<T> t参数，调用t.newInstance()。

 

不能在泛型类的静态域中使用泛型类型

 

但是，静态的泛型方法可以使用泛型类型:

 

这个原因很多资料中都没说的太明白，说一下个人理解，仅供参考：

1. 泛型类中，<T>称为类型变量,实际上就相当于在类中隐形的定义了一个不可见的成员变量：`private T t;`，这是对象级别的，对于泛型类型变量来说是在对象初始化时才知道其具体类型的。而在静态域中，不需要对象初始化就可以调用，这是矛盾的。

 

2. 静态的泛型方法，是在方法层面定义的，就是说在调用方法时，T所指的具体类型已经明确了。

 

不能捕获泛型类型的对象

Throwable类不可以被继承，自然也不可能被catch。

 

但由于Throwable可以用在泛型类型参数中，因此可以变相的捕获泛型的Throwable对象。

 

这个能干什么？

 

FileReader实例化可能抛出已检查异常，jdk中要求必须捕获或者抛出已检查异常。这种模式把它给隐藏了。也就是说可以消除已检查异常，有点不地道，颠覆了java异常处理的认知，后果不可预料，慎用。

 

擦除的冲突

重载与重写

定义一个普通的父类：

 

那么继承一个子类，Son.java

 

Son类重载了一个setName(String)方法，这没问题。输出：

 

Parent修改泛型类：

 

从擦除的机制得知，擦除后的class文件为：

 

这和最初的非泛型类是一样的，那么Son类修改为：

 

发现重载无效了。这是泛型擦除造成的，无论是否在setName(String)是否标注为@Override都将是重写，都不是重载。而且，即便你不写setName(String)方法，编译器已经默认重写了这个方法。

 

换一个角度来考虑，定义Son时，Parent已经明确了类型参数为String，那么再写setName(Stirng)是重写，也是合理的。

 

反编译会发现，编译器在内部编译了两个方法：

 

setName(java.lang.Object) 虽然是public但编码时会发现不可见，它称为"桥方法"，它会重写父类的方法。

 

强行调用会转换异常，也就证明了它实际上调用的是son的setName(String)。

 

我非要重载怎么办？只能曲线救国，改个名字吧。

 

 

继承泛型的参数化

一个泛型类的类型参数不同，称之为泛型的不同参数化。

 

泛型有一个原则：一个类或类型变量不可成为两个不同参数化的接口类型的子类型。如：

 

这样是没有问题的。如果增加了泛型参数化：

 

原因是Son实现了两次Comparator<T>，擦除后均为Comparator<Object>，造成了冲突。

 

 

通配符类型

 

通配符是在泛型类使用时的一种机制，不能用在泛型定义时的泛型表达式中(这是泛型类型参数限定符)。

 

子类型通配符

如果P是S的超类，那么 Pair<S>就是Pair<? extends P>的子类型，通配符就是为了解决这个问题的。

 

这称为子类型限定通配符，又称上边界通配符(upper bound wildcard Generics)，代表继承它的所有子类型，通配符匹配的类型不允许作为参数传入，只能作为返回值。

 

getName()的合理性：

 

为什么setName(str)会抛出异常呢？

 

超类型通配符

与之对应的是超类型 Pair<? super P>，又称下边界通配符(lower bound wildcard Generics)，通配符匹配的类型可以为方法提供参数，不能得到返回值。

 

setName的可行性：

1. 无论bean2指向Parent<Number>，Parent<Integer>还是Parent<Object>都是允许的；

 

2. 都可以传入Integer或Integer的子类型。

 

getName为毛报错？

1. 由于限定类型的超类可能有很多，getName返回类型不可预知，如Integer 或其父类型Number/OtherParentClass...都无法保证类型检查的安全。

 

2. 但是由于Java的所有对象的顶级祖先类都是Object，因此可以用Object获取getName返回值。

 

无限定通配符

Pair<?> 就是 Pair<? extends Object>

 

因此，无限定通配符可以作为返回值，不可做入参。

 

返回值只能保存在Object中。

 

P<?> 和P

 

Pair可以调用setter方法，这是它和Pair<?>最重要的区别。

 

P<?> 不等于 P<Object>

 

P<Object>是P<?>的子类。

 

类型通配符小结

1. 限定通配符总是包括自己；

2. 子类型通配符：set方法受限，只可读，不可写；

3. 超类型通配符：get方法受限，不可读(Object除外)，只可写；

4. 无限定通配符，只可读不可写；

5. 如果你既想存，又想取，那就别用通配符；

6. 不可同时声明子类型和超类型限定符，及extends和super只能出现一个。

通配符的受限只针对setter(T)和T getter(),如果定义了一个setter(Integer)这种具体类型参数的方法，无限制。

 

 

通配符捕获

 

通配符限定类中可以使用T，编译器适配类型。

 

有一个键值对的泛型类：

 

使用通配类型创建一个swap方法交换key-value，交换时需要先使用一个临时变量保存一个字段：

 

这里有一个办法解决它，再封装一个swapHelper():

 

这种方式，称为：通配符捕获，用一个Pair<T> 来捕获 Pair<?>中的类型。

 

注：

当然，你完全可以直接使用swapHelper，这里只是为了说明这样一种捕获机制。

 

只允许捕获单个、确定的类型，如：ArrayList<Pair<?>> 是无法使用 ArrayList<Pair<T>> 捕获的。

 

 

泛型与继承

 

继承的原则

继承泛型类时，必须对父类中的类型参数进行初始化。或者说父类中的泛型参数必须在子类中可以确定具体类型。

 

例如：有一个泛型类Parent<T>，那么Son类定义时有两种方式初始化父类型的类型参数：

 

1 用具体类型初始化：

 

2 用子类中的泛型类型初始化父类：

 

Pair<P> 和 Pair<S>

无论P和S有什么继承关系，一般Pair<P>和Pair<S>没什么关系。

 

 

Parent<T> 和 Son<T>

泛型类自身可以继承其他类或实现接口，如 List<T>实现ArrayList<T>

 

泛型类可以扩展泛型类或接口，如ArrayList<T> 实现了 List<T>，此时ArrayList<T>可以转换为List<T>。这是安全的。

 

Parent<T>和Parent

Parent<T>随时都可以转换为原生类型Parent，但需要注意类型检查的安全性。

 

运行没有异常，注意。

 

Person<? extends XXX>

严格讲通配符限定的泛型对象不属于继承范畴，但使用中有类似继承的行为。

 

Son是Parent的子类型，那么Person<? extends Son>就是Person<? extends Parent> 的子类型。

 

Person<? extends Object> 等同于 Person<?>,那么基于上以规则可以推断：Person<? extends Parent> 是 Person<?> 的子类型。

 

Person<Object> 是 Person<?> 的子类型。

 

 

泛型与反射

 

泛型相关的反射

有了泛型机制，jdk的reflect包中增加了几个泛型有关的类：

 

实例

基于泛型的通用JDBC DAO。

 

User.java

 

AbstractBaseDaoImpl.java

 

UserDaoImpl.java

 

运行UserDaoImpl.main(),输出：

 

可以看到，在抽象类AbstractBaseDaoImpl中可以拿到泛型类的具体类。

 

从这一机制，可以通过AbstractBaseDaoImpl实现通用的JDBA DAO。

 

完善AbstractBaseDaoImpl.java

 

有现成的ORM框架可用，这里就意思意思得了。输出：

  1. da shang
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