Java基础之Java泛型

为什么使用泛型

开发人员在使用泛型的时候，很容易根据自己的直觉而犯一些错误。比如一个方法如果接收 List<Object> 作为形式参数，那么如果尝试将一个 List<String> 的对象作为实际参数传进去，却发现无法通过编译。虽然从直觉上来说， Object 是 String 的父类，这种类型转换应该是合理的。但是实际上这会产生隐含的类型转换问题，因此编译器直接就禁止这样的行为。

什么是泛型

类型的参数化，就是可以把类型像方法的参数那样传递。

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）。

泛型的作用

在编译时更强的类型检查。

如果代码违反了类型安全，Java 编译器将针对泛型和问题错误采用强大的类型检查。修正编译时的错误比修正运行时的错误更加容易。避开运行时可能引发的 ClassCastException 可以节省时间。

消除了强制类型转换。

自动装箱和自动开箱

类型参数命名规范

按照惯例，类型参数名称是单个大写字母，用来区别普通的类或接口名称。

常用的类型参数名称如下：

E - Element (由 Java 集合框架广泛使用)
K - Key
N - Number
T - Type
V - Value
S,U,V 等. - 第二种、第三种、第四种类型

类型擦除

Java中的泛型基本上都是在编译器这个层次来实现的，在生成的Java字节代码中是不包含泛型中的类型信息的。使用泛型的时候加上的类型参数，会被编译器在编译的时候去掉，这个过程就称为类型擦除。如在代码中定义的 List<Object> 和 List<String> 等类型，在编译之后都会变成 List 。JVM看到的只是List，而由泛型附加的类型信息对JVM来说是不可见的。 Java编译器会在编译时尽可能的发现可能出错的地方，但是仍然无法避免在运行时刻出现类型转换异常的情况。

很多泛型的奇怪特性都与这个类型擦除的存在有关，包括：

1.泛型类并没有自己独有的Class类对象。比如并不存在 List<String>.class 或是 List<Integer>.class ，而只有 List.class 。

2.静态变量是被泛型类的所有实例所共享的。对于声明为 MyClass<T> 的类，访问其中的静态变量的方法仍然是 MyClass.myStaticVar 。不管是通过 new MyClass<String> 还是 new MyClass<Integer> 创建的对象，都是共享一个静态变量。

3.泛型的类型参数不能用在Java异常处理的catch语句中。因为异常处理是由 JVM 在运行时刻来进行的。由于类型信息被擦除， JVM 是无法区分两个异常类型 MyException<String> 和 MyException<Integer> 的。对于 JVM 来说，它们都是 MyException 类型的。也就无法执行与异常对应的catch语句。

类型擦除的基本过程也比较简单，首先是找到用来替换类型参数的具体类。这个具体类一般是Object。如果指定了类型参数的上界的话，则使用这个上界。把代码中的类型参数都替换成具体的类。同时去掉出现的类型声明，即去掉<>的内容。比如 T get() 方法声明就变成了 Object get() ； List<String> 就变成了 List 。接下来就可能需要生成一些桥接方法（bridge method）。这是由于擦除了类型之后的类可能缺少某些必须的方法。比如考虑下面的代码：

 
class MyString implements Comparable {	
    public int compareTo(String str)	{
        return	0;
    }		
}

当类型信息被擦除之后，上述类的声明变成了 class MyString implements Comparable 。但是这样的话，类 MyString 就会有编译错误，因为没有实现接口 Comparable 声明的 int compareTo(Object) 方法。这个时候就由编译器来动态生成这个方法。

通配符

在使用泛型类的时候，既可以指定一个具体的类型，如 List<String> 就声明了具体的类型是 String ；也可以用通配符 ? 来表示未知类型，如 List<?> 就声明了 List 中包含的元素类型是未知的。通配符所代表的其实是一组类型，但具体的类型是未知的。 List<?> 所声明的就是所有类型都是可以的。但是 List<?> 并不等同于 List<Object> 。 List<Object> 实际上确定了 List 中包含的是 Object 及其子类，在使用的时候都可以通过 Object 来进行引用。而 List<?> 则其中所包含的元素类型是不确定。其中可能包含的是 String ，也可能是 Integer 。如果它包含了 String 的话，往里面添加 Integer 类型的元素就是错误的。正因为类型未知，就不能通过new ArrayList<?>()的方法来创建一个新的ArrayList对象。因为编译器无法知道具体的类型是什么。但是对于 List<?>中的元素确总是可以用Object来引用的，因为虽然类型未知，但肯定是Object及其子类。考虑下面的代码：

 
public void wildcard(List<?> list)	{
    list.add(1);//编译错误
}

如上所示，试图对一个带通配符的泛型类进行操作的时候，总是会出现编译错误。其原因在于通配符所表示的类型是未知的。

因为对于 List<?> 中的元素只能用 Object 来引用，在有些情况下不是很方便。在这些情况下，可以使用上下界来限制未知类型的范围。如 List<? extends Number> 说明List中可能包含的元素类型是 Number 及其子类。而 List<? super Number> 则说明List中包含的是Number 及其父类。当引入了上界之后，在使用类型的时候就可以使用上界类中定义的方法。

类型系统

在Java中，大家比较熟悉的是通过继承机制而产生的类型体系结构。比如 String 继承自 Object 。根据 Liskov替换原则，子类是可以替换父类的。当需要 Object 类的引用的时候，如果传入一个 String 对象是没有任何问题的。但是反过来的话，即用父类的引用替换子类引

用的时候，就需要进行强制类型转换。编译器并不能保证运行时刻这种转换一定是合法的。这种自动的子类替换父类的类型转换机制，对于数组也是适用的。 String[]可以替换 Object[]。但是泛型的引入，对于这个类型系统产生了一定的影响。正如前面提到的List是不能替换掉List的。

引入泛型之后的类型系统增加了两个维度：一个是类型参数自身的继承体系结构，另外一个是泛型类或接口自身的继承体系结构。第一个指的是对于 List<String> 和 List<Object> 这样的情况，类型参数 String 是继承自 Object 的。而第二种指的是 List 接口继承自 Collection 接口。对于这个类型系统，有如下的一些规则：

1.相同类型参数的泛型类的关系取决于泛型类自身的继承体系结构。即 List<String> 是 Collection<String> 的子类型， List<String> 可以替换 Collection<String> 。这种情况也适用于带有上下界的类型声明。

2.当泛型类的类型声明中使用了通配符的时候，其子类型可以在两个维度上分别展开。如对 Collection<? extends Number> 来说，其子类型可以在 Collection 这个维度上展开，即 List<? extends Number> 和 Set<? extends Number> 等；也可以在 Number 这个层次上展开，即 Collection<Double> 和 Collection<Integer> 等。如此循环下去， ArrayList<Long> 和 HashSet<Double> 等也都算是 Collection<? extends Number> 的子类型。

3.如果泛型类中包含多个类型参数，则对于每个类型参数分别应用上面的规则。