史上最全图文讲解Java泛型

前言

泛型在java中有很重要的地位，无论是开源框架还是jdk源码都能看到它。

毫不夸张的说，泛型是通用设计上必不可少的元素，所以真正理解与正确使用泛型，是一门必修课。

一：泛型本质

Java 泛型（generics）是 JDK 5 中引入的一个新特性, 泛型提供了编译时类型安全检测机制，该机制允许程序员在编译时检测到非法的类型。

泛型的本质是参数化类型，即给类型指定一个参数，然后在使用时再指定此参数具体的值，那样这个类型就可以在使用时决定了。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。

二：为什么使用泛型

泛型的好处是在编译的时候检查类型安全，并且所有的强制转换都是自动和隐式的，提高代码的重用率。

（1）保证了类型的安全性。

在没有泛型之前，从集合中读取到的每一个对象都必须进行类型转换，如果不小心插入了错误的类型对象，在运行时的转换处理就会出错。

比如：没有泛型的情况下使用集合：

public static void noGeneric() {
ArrayList names = new ArrayList();
names.add("mikechen的互联网架构");
names.add(123); //编译正常
}

有泛型的情况下使用集合：

public static void useGeneric() {
ArrayList<String> names = new ArrayList<>();
names.add("mikechen的互联网架构");
names.add(123); //编译不通过
}

有了泛型后，定义好的集合names在编译的时候add(123)就会编译不通过。

相当于告诉编译器每个集合接收的对象类型是什么，编译器在编译期就会做类型检查，告知是否插入了错误类型的对象，使得程序更加安全，增强了程序的健壮性。

（2） 消除强制转换

泛型的一个附带好处是，消除源代码中的许多强制类型转换，这使得代码更加可读，并且减少了出错机会。
还是举例说明，以下没有泛型的代码段需要强制转换：

List list = new ArrayList();
list.add("hello");
String s = (String) list.get(0);

当重写为使用泛型时，代码不需要强制转换：

List<String> list = new ArrayList<String>();
list.add("hello");
String s = list.get(0); // no cast

（3）避免了不必要的装箱、拆箱操作，提高程序的性能

在非泛型编程中，将筒单类型作为Object传递时会引起Boxing（装箱）和Unboxing（拆箱）操作，这两个过程都是具有很大开销的。引入泛型后，就不必进行Boxing和Unboxing操作了，所以运行效率相对较高，特别在对集合操作非常频繁的系统中，这个特点带来的性能提升更加明显。

泛型变量固定了类型，使用的时候就已经知道是值类型还是引用类型，避免了不必要的装箱、拆箱操作。

object a=1;//由于是object类型，会自动进行装箱操作。
 
int b=(int)a;//强制转换，拆箱操作。这样一去一来，当次数多了以后会影响程序的运行效率。

使用泛型之后

public static T GetValue<T>(T a)
{
　　return a;
}
 
public static void Main()
{
　　int b=GetValue<int>(1);//使用这个方法的时候已经指定了类型是int，所以不会有装箱和拆箱的操作。
}

（4）提高了代码的重用性。

三：如何使用泛型

泛型有三种使用方式，分别为：泛型类、泛型接口和泛型方法。

1、泛型类

泛型类：把泛型定义在类上

定义格式：

public class 类名 <泛型类型1,...> {
    
}

注意事项：泛型类型必须是引用类型（非基本数据类型）

定义泛型类，在类名后添加一对尖括号，并在尖括号中填写类型参数，参数可以有多个，多个参数使用逗号分隔：

public class GenericClass<ab,a,c> {}

当然，这个后面的参数类型也是有规范的，不能像上面一样随意，通常类型参数我们都使用大写的单个字母表示：

T：任意类型 type
E：集合中元素的类型 element
K：key-value形式 key
V： key-value形式 value

示例代码：

泛型类：

public class GenericClass<T> {
    private T value;
 
 
    public GenericClass(T value) {
        this.value = value;
    }
    public T getValue() {
        return value;
    }
    public void setValue(T value) {
        this.value = value;
    }
}

测试类：

//TODO 1:泛型类
GenericClass<String> name = new GenericClass<>("mikechen的互联网架构");
System.out.println(name.getValue());
 
 
GenericClass<Integer> number = new GenericClass<>(123);
System.out.println(number.getValue());

运行结果：

2、泛型接口

泛型方法概述：把泛型定义在方法上

定义格式：

public <泛型类型> 返回类型 方法名（泛型类型 变量名） {
    
}

注意要点：

方法声明中定义的形参只能在该方法里使用，而接口、类声明中定义的类型形参则可以在整个接口、类中使用。当调用fun()方法时，根据传入的实际对象，编译器就会判断出类型形参T所代表的实际类型。

public interface GenericInterface<T> {
void show(T value);}
}
public class StringShowImpl implements GenericInterface<String> {
@Override
public void show(String value) {
System.out.println(value);
}}
 
public class NumberShowImpl implements GenericInterface<Integer> {
@Override
public void show(Integer value) {
System.out.println(value);
}}

注意：使用泛型的时候，前后定义的泛型类型必须保持一致，否则会出现编译异常：

GenericInterface<String> genericInterface = new NumberShowImpl();//编译异常

或者干脆不指定类型，那么 new 什么类型都是可以的：

GenericInterface g1 = new NumberShowImpl();
GenericInterface g2 = new StringShowImpl();

3、泛型方法

泛型方法，是在调用方法的时候指明泛型的具体类型 。

定义格式：

修饰符<代表泛型的变量>返回值类型 方法名(参数){}

例如：

    public <T> T genercMethod(T t){
        System.out.println(t.getClass());
        System.out.println(t);
        return t;
    }
 
 
public static void main(String[] args) {
    GenericsClassDemo<String> genericString  = new GenericsClassDemo("helloGeneric"); //这里的泛型跟下面调用的泛型方法可以不一样。
    String str = genericString.genercMethod("hello");//传入的是String类型,返回的也是String类型
    Integer i = genericString.genercMethod(123);//传入的是Integer类型,返回的也是Integer类型
}
 
 
class java.lang.String
hello
 
 
class java.lang.Integer
123

这里可以看出，泛型方法随着我们的传入参数类型不同，他得到的类型也不同。泛型方法能使方法独立于类而产生变化。

四：泛型通配符

Java泛型的通配符是用于解决泛型之间引用传递问题的特殊语法, 主要有以下三类:

//表示类型参数可以是任何类型
public class Apple<?>{}
 
//表示类型参数必须是A或者是A的子类
public class Apple<T extends A>{}
 
//表示类型参数必须是A或者是A的超类型
public class Apple<T supers A>{}

1. 无边界的通配符(Unbounded Wildcards), 就是, 比如List

无边界的通配符的主要作用就是让泛型能够接受未知类型的数据.

2. 固定上边界的通配符(Upper Bounded Wildcards)，采用<? extends E>的形式

使用固定上边界的通配符的泛型, 就能够接受指定类及其子类类型的数据。

要声明使用该类通配符, 采用<? extends E>的形式, 这里的E就是该泛型的上边界。

注意: 这里虽然用的是extends关键字, 却不仅限于继承了父类E的子类, 也可以代指显现了接口E的类

3. 固定下边界的通配符(Lower Bounded Wildcards)，采用<? super E>的形式

使用固定下边界的通配符的泛型, 就能够接受指定类及其父类类型的数据.。

要声明使用该类通配符, 采用<? super E>的形式, 这里的E就是该泛型的下边界.。

注意: 你可以为一个泛型指定上边界或下边界, 但是不能同时指定上下边界。

五：泛型中KTVE的含义

果点开JDK中一些泛型类的源码，我们会看到下面这些代码：

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E> implements List<E>, RandoMaccess, Cloneable, java.io.Serializable{
...
}
public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V> implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable {
...
}

上面这些泛型类定义中的泛型参数E、K和V都是什么意思呢？其实这些参数名称是可以任意指定，就想方法的参数名一样可以任意指定，但是我们通常会起一个有意义的名称，让别人一看就知道是什么意思。泛型参数也一样，E一般是指元素，用来集合类中。

常见泛型参数名称有如下：

E： Element (在集合中使用，因为集合中存放的是元素)

T：Type（Java 类）

K： Key（键）

V： Value（值）

N： Number（数值类型）

？： 表示不确定的java类型

六：泛型的实现原理

泛型本质是将数据类型参数化，它通过擦除的方式来实现，即编译器会在编译期间「擦除」泛型语法并相应的做出一些类型转换动作。

看一个例子就应该清楚了，例如：

public class Caculate<T> {
private T num;
}

我们定义了一个泛型类，定义了一个属性成员，该成员的类型是一个泛型类型，这个 T 具体是什么类型，我们也不知道，它只是用于限定类型的。

反编译一下这个 Caculate 类：

public class Caculate{
public Caculate(){}
private Object num;
}

发现编译器擦除 Caculate 类后面的两个尖括号，并且将 num 的类型定义为 Object 类型。

那么是不是所有的泛型类型都以 Object 进行擦除呢？大部分情况下，泛型类型都会以 Object 进行替换，而有一种情况则不是。那就是使用到了extends和super语法的有界类型，如：

public class Caculate<T extends String> {
private T num;
}

这种情况的泛型类型，num 会被替换为 String 而不再是 Object。

这是一个类型限定的语法，它限定 T 是 String 或者 String 的子类，也就是你构建 Caculate 实例的时候只能限定 T 为 String 或者 String 的子类，所以无论你限定 T 为什么类型，String 都是父类，不会出现类型不匹配的问题，于是可以使用 String 进行类型擦除。

实际上编译器会正常的将使用泛型的地方编译并进行类型擦除，然后返回实例。但是除此之外的是，如果构建泛型实例时使用了泛型语法，那么编译器将标记该实例并关注该实例后续所有方法的调用，每次调用前都进行安全检查，非指定类型的方法都不能调用成功。

实际上编译器不仅关注一个泛型方法的调用，它还会为某些返回值为限定的泛型类型的方法进行强制类型转换，由于类型擦除，返回值为泛型类型的方法都会擦除成 Object 类型，当这些方法被调用后，编译器会额外插入一行 checkcast 指令用于强制类型转换，这一个过程就叫做『泛型翻译』。

七：关于泛型数组要提一下

看到了很多文章中都会提起泛型数组，经过查看sun的说明文档，在java中是”不能创建一个确切的泛型类型的数组”的。

也就是说下面的这个例子是不可以的：

List<String>[] ls = new ArrayList<String>[10];

而使用通配符创建泛型数组是可以的，如下面这个例子：

List<?>[] ls = new ArrayList<?>[10];

这样也是可以的：

List<String>[] ls = new ArrayList[10];

下面使用Sun的一篇文档的一个例子来说明这个问题：

List<String>[] lsa = new List<String>[10]; // Not really allowed.    
Object o = lsa;    
Object[] oa = (Object[]) o;    
List<Integer> li = new ArrayList<Integer>();    
li.add(new Integer(3));    
oa[1] = li; // Unsound, but passes run time store check    
String s = lsa[1].get(0); // Run-time error: ClassCastException.

这种情况下，由于JVM泛型的擦除机制，在运行时JVM是不知道泛型信息的，所以可以给oa[1]赋上一个ArrayList而不会出现异常，

但是在取出数据的时候却要做一次类型转换，所以就会出现ClassCastException，如果可以进行泛型数组的声明，

上面说的这种情况在编译期将不会出现任何的警告和错误，只有在运行时才会出错。

而对泛型数组的声明进行限制，对于这样的情况，可以在编译期提示代码有类型安全问题，比没有任何提示要强很多。

下面采用通配符的方式是被允许的:数组的类型不可以是类型变量，除非是采用通配符的方式，因为对于通配符的方式，最后取出数据是要做显式的类型转换的。

List<?>[] lsa = new List<?>[10]; // OK, array of unbounded wildcard type.    
Object o = lsa;    
Object[] oa = (Object[]) o;    
List<Integer> li = new ArrayList<Integer>();    
li.add(new Integer(3));    
oa[1] = li; // Correct.    
Integer i = (Integer) lsa[1].get(0); // OK

八：最后

以上我就分别从Java泛型的诞生，再到泛型的使用，以及泛型的实现原理等六个方面进行了完整详解，希望对你有所用！

到此这篇关于Java泛型的文章就介绍到这了,更多相关Java泛型内容请搜索编程网以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持编程网！