java泛型总结
一. 泛型概念的提出（为什么需要泛型）？
首先，我们看下下面这段简短的代码:
public class GenericTest { public static void main(String[] args) { List list = new ArrayList(); list.add("qqyumidi"); list.add("corn"); list.add(100); for (int i = 0; i < list.size(); i++) { String name = (String) list.get(i); // 1 System.out.println("name:" + name); } } }
例子定义了一个List类型的集合，先向其中加入了两个字符串类型的值，随后加入一个Integer类型的值。这是完全允许的，因为此时list默认的类型为Object类型。在之后的循环中，由于忘记了之前在list中也加入了Integer类型的值或其他编码原因，很容易出现类似于//1中的错误。因为编译阶段正常，而运行时会出现“java.lang.ClassCastException”异常。因此，导致此类错误编码过程中不易发现。
在如上的编码过程中，我们发现主要存在两个问题：
- 当我们将一个对象放入集合中，集合不会记住此对象的类型，当再次从集合中取出此对象时，改对象的编译类型变成了Object类型，但其运行时类型任然为其本身类型。
- 因此，//1处取出集合元素时需要人为的强制类型转化到具体的目标类型，且很容易出现“java.lang.ClassCastException”异常。
那么有没有什么办法可以使集合能够记住集合内元素各类型，且能够达到只要编译时不出现问题，运行时就不会出现“java.lang.ClassCastException”异常呢？
答案：就是使用泛型。
二.什么是泛型？
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）。
看着好像有点复杂，首先我们看下上面那个例子采用泛型的写法。
public class GenericTest { public static void main(String[] args) { /* List list = new ArrayList(); list.add("qqyumidi"); list.add("corn"); list.add(100); */ List<String> list = new ArrayList<String>(); list.add("qqyumidi"); list.add("corn"); //list.add(100); // 1 提示编译错误 for (int i = 0; i < list.size(); i++) { String name = list.get(i); // 2 System.out.println("name:" + name); } } }
采用泛型写法后，在//1处想加入一个Integer类型的对象时会出现编译错误，通过List<String>，直接限定了list集合中只能含有String类型的元素，从而在//2处无须进行强制类型转换，因为此时，集合能够记住元素的类型信息，编译器已经能够确认它是String类型了。
结合上面的泛型定义，我们知道在List<String>中，String是类型实参，也就是说，相应的List接口中肯定含有类型形参。且get()方法的返回结果也直接是此形参类型（也就是对应的传入的类型实参）。下面就来看看List接口的的具体定义：
看List接口的的具体定义：
public interface List<E> extends Collection<E> { int size(); boolean isEmpty(); boolean contains(Object o); Iterator<E> iterator(); Object[] toArray(); <T> T[] toArray(T[] a); boolean add(E e); boolean remove(Object o); boolean containsAll(Collection<?> c); boolean addAll(Collection<? extends E> c); boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c); boolean removeAll(Collection<?> c); boolean retainAll(Collection<?> c); void clear(); boolean equals(Object o); int hashCode(); E get(int index); E set(int index, E element); void add(int index, E element); E remove(int index); int indexOf(Object o); int lastIndexOf(Object o); ListIterator<E> listIterator(); ListIterator<E> listIterator(int index); List<E> subList(int fromIndex, int toIndex); }
我们可以看到，在List接口中采用泛型化定义之后，<E>中的E表示类型形参，可以接收具体的类型实参，并且此接口定义中，凡是出现E的地方均表示相同的接受自外部的类型实参。
自然的，ArrayList作为List接口的实现类，其定义形式是：
public class ArrayList<E> extends AbstractList<E> implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable { public boolean add(E e) { ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!! elementData[size++] = e; return true; } public E get(int index) { rangeCheck(index); checkForComodification(); return ArrayList.this.elementData(offset + index); } //...省略掉其他具体的定义过程 }
由此，我们从源代码角度明白了为什么//1处加入Integer类型对象编译错误，且//2处get()到的类型直接就是String类型了。
三.自定义泛型接口、泛型类和泛型方法
1.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。
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 Generic<T>{ //key这个成员变量的类型为T,T的类型由外部指定 private T key; public Generic(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; } }
注意：
- 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.
- 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。
Generic<Integer> genericInteger = new Generic<Integer>(123456); //传入的实参类型需与泛型的类型参数类型相同，即为String. Generic<String> genericString = new Generic<String>("key_vlaue"); Log.d("泛型测试","key is " + genericInteger.getKey()); Log.d("泛型测试","key is " + genericString.getKey());
结果输入：
12-27 09:20:04.432 13063-13063/? D/泛型测试: key is 123456 12-27 09:20:04.432 13063-13063/? D/泛型测试: key is key_vlaue
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。
Generic generic = new Generic("111111"); Generic generic1 = new Generic(4444); Generic generic2 = new Generic(55.55); Generic generic3 = new Generic(false); Log.d("泛型测试","key is " + generic.getKey()); Log.d("泛型测试","key is " + generic1.getKey()); Log.d("泛型测试","key is " + generic2.getKey()); Log.d("泛型测试","key is " + generic3.getKey()); 结果输入： D/泛型测试: key is 111111 D/泛型测试: key is 4444 D/泛型测试: key is 55.55 D/泛型测试: key is false
2.泛型接口
泛型接口与泛型类的定义及使用基本相同。泛型接口常被用在各种类的生产器中，可以看一个例子：
//定义一个泛型接口 public interface Generator<T> { public T next(); }
当实现泛型接口的类，未传入泛型实参时：
/** * 未传入泛型实参时，与泛型类的定义相同，在声明类的时候，需将泛型的声明也一起加到类中 * 即：class FruitGenerator<T> implements Generator<T>{ * 如果不声明泛型，如：class FruitGenerator implements Generator<T>，编译器会报错："Unknown class" */ class FruitGenerator<T> implements Generator<T>{ @Override public T next() { return null; } }
当实现泛型接口的类，传入泛型实参时：
/** * 传入泛型实参时： * 定义一个生产器实现这个接口,虽然我们只创建了一个泛型接口Generator<T> * 但是我们可以为T传入无数个实参，形成无数种类型的Generator接口。 * 在实现类实现泛型接口时，如已将泛型类型传入实参类型，则所有使用泛型的地方都要替换成传入的实参类型 * 即：Generator<T>，public T next();中的的T都要替换成传入的String类型。 */ public class FruitGenerator implements Generator<String> { private String[] fruits = new String[]{"Apple", "Banana", "Pear"}; @Override public String next() { Random rand = new Random(); return fruits[rand.nextInt(3)]; } }
3.泛型方法
在java中,泛型类的定义非常简单，但是泛型方法就比较复杂了。
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）其中第一个<T>是与传入的参数Class<T>相对应的，相当于返回值的一个泛型，后面的T是返回值类型，代表方法必须返回T类型的（由传入的Class<T>决定） * 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 genericMethod(Class<T> tClass)throws InstantiationException , IllegalAccessException{ T instance = tClass.newInstance(); return instance; }
从上面的内容中，大家已经明白了泛型的具体运作过程。也知道了接口、类和方法也都可以使用泛型去定义，以及相应的使用。是的，在具体使用时，可以分为泛型接口、泛型类和泛型方法。
自定义泛型接口、泛型类和泛型方法与上述Java源码中的List、ArrayList类似。如下，我们看一个最简单的泛型类和方法定义：
public class GenericTest { public static void main(String[] args) { Box<String> name = new Box<String>("corn"); System.out.println("name:" + name.getData()); } } class Box<T> { private T data; public Box() { } public Box(T data) { this.data = data; } public T getData() { return data; } }
在泛型接口、泛型类和泛型方法的定义过程中，我们常见的如T、E、K、V等形式的参数常用于表示泛型形参，由于接收来自外部使用时候传入的类型实参。那么对于不同传入的类型实参，生成的相应对象实例的类型是不是一样的呢？
public class GenericTest { public static void main(String[] args) { Box<String> name = new Box<String>("corn"); Box<Integer> age = new Box<Integer>(712); System.out.println("name class:" + name.getClass()); // com.qqyumidi.Box System.out.println("age class:" + age.getClass()); // com.qqyumidi.Box System.out.println(name.getClass() == age.getClass()); // true } }
由此，我们发现，在使用泛型类时，虽然传入了不同的泛型实参，但并没有真正意义上生成不同的类型，传入不同泛型实参的泛型类在内存上只有一个，即还是原来的最基本的类型（本实例中为Box），当然，在逻辑上我们可以理解成多个不同的泛型类型。
究其原因，在于Java中的泛型这一概念提出的目的，导致其只是作用于代码编译阶段，在编译过程中，对于正确检验泛型结果后，会将泛型的相关信息擦出，也就是说，成功编译过后的class文件中是不包含任何泛型信息的。泛型信息不会进入到运行时阶段。
对此总结成一句话：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。
四.类型通配符
接着上面的结论，我们知道，Box<Number>和Box<Integer>实际上都是Box类型，现在需要继续探讨一个问题，那么在逻辑上，类似于Box<Number>和Box<Integer>是否可以看成具有父子关系的泛型类型呢？
为了弄清这个问题，我们继续看下下面这个例子:
public class GenericTest { public static void main(String[] args) { Box<Number> name = new Box<Number>(99); Box<Integer> age = new Box<Integer>(712); getData(name); //The method getData(Box<Number>) in the type GenericTest is //not applicable for the arguments (Box<Integer>) getData(age); // 1 } public static void getData(Box<Number> data){ System.out.println("data :" + data.getData()); } }
我们发现，在代码//1处出现了错误提示信息：The method getData(Box<Number>) in the t ype GenericTest is not applicable for the arguments (Box<Integer>)。显然，通过提示信息，我们知道Box<Number>在逻辑上不能视为Box<Integer>的父类。那么，原因何在呢？
public class GenericTest { public static void main(String[] args) { Box<Integer> a = new Box<Integer>(712); Box<Number> b = a; // 1 Box<Float> f = new Box<Float>(3.14f); b.setData(f); // 2 } public static void getData(Box<Number> data) { System.out.println("data :" + data.getData()); } } class Box<T> { private T data; public Box() { } public Box(T data) { setData(data); } public T getData() { return data; } public void setData(T data) { this.data = data; } }
这个例子中，显然//1和//2处肯定会出现错误提示的。在此我们可以使用反证法来进行说明。
假设Box<Number>在逻辑上可以视为Box<Integer>的父类，那么//1和//2处将不会有错误提示了，那么问题就出来了，通过getData()方法取出数据时到底是什么类型呢？Integer? Float? 还是Number？且由于在编程过程中的顺序不可控性，导致在必要的时候必须要进行类型判断，且进行强制类型转换。显然，这与泛型的理念矛盾，因此，在逻辑上Box<Number>不能视为Box<Integer>的父类。
好，那我们回过头来继续看“类型通配符”中的第一个例子，我们知道其具体的错误提示的深层次原因了。那么如何解决呢？总部能再定义一个新的函数吧。这和Java中的多态理念显然是违背的，因此，我们需要一个在逻辑上可以用来表示同时是Box<Integer>和Box<Number>的父类的一个引用类型，由此，类型通配符应运而生。
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！且Box<?>在逻辑上是Box<Integer>、Box<Number>...等所有Box<具体类型实参>的父类。由此，我们依然可以定义泛型方法，来完成此类需求。
public class GenericTest { public static void main(String[] args) { Box<String> name = new Box<String>("corn"); Box<Integer> age = new Box<Integer>(712); Box<Number> number = new Box<Number>(314); getData(name); getData(age); getData(number); } public static void getData(Box<?> data) { System.out.println("data :" + data.getData()); } }
有时候，我们还可能听到类型通配符上限和类型通配符下限。具体有是怎么样的呢？
在上面的例子中，如果需要定义一个功能类似于getData()的方法，但对类型实参又有进一步的限制：只能是Number类及其子类。此时，需要用到类型通配符上限。
public class GenericTest { public static void main(String[] args) { Box<String> name = new Box<String>("corn"); Box<Integer> age = new Box<Integer>(712); Box<Number> number = new Box<Number>(314); getData(name); getData(age); getData(number); //getUpperNumberData(name); // 1 getUpperNumberData(age); // 2 getUpperNumberData(number); // 3 } public static void getData(Box<?> data) { System.out.println("data :" + data.getData()); } public static void getUpperNumberData(Box<? extends Number> data){ System.out.println("data :" + data.getData()); } }
此时，显然，在代码//1处调用将出现错误提示，而//2 //3处调用正常。
类型通配符上限通过形如Box<? extends Number>形式定义，相对应的，类型通配符下限为Box<? super Number>形式，其含义与类型通配符上限正好相反，在此不作过多阐述了。
五.话外篇
本文中的例子主要是为了阐述泛型中的一些思想而简单举出的，并不一定有着实际的可用性。另外，一提到泛型，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。并且还要注意的一点是，Java中没有所谓的泛型数组一说。
对于泛型，最主要的还是需要理解其背后的思想和目的。
