Java泛型

一、基础

1.1 什么是泛型

• 泛型是 JDK5 的一个新特性，是将类型明确的事情延后到创建对象或调用方法时，再去明确的特殊的类型；

• 泛型的本质是参数化类型，它提供了编译时类型安全监测机制，通过这个机制，我们可以在编译时检查类型安全，泛型所有的强制转换都是自动、隐式的，只要编译时没有问题，运行时就不会出现 ClassCastException（类型转换异常），极大地提高代码的可读性、复用性及安全性；

• 泛型可以用在类、接口和方法的创建中，被称为泛型类、泛型接口、泛型方法。

1.2 泛型的作用

• 没有泛型前，我们通过对类型 Object 的引用，来实现参数的“任意化”。缺点是：要做显式的强制类型转换，开发者需要对实际参数类型在可以预知的情况下进行。

• 引入泛型后，我们可以在使用时，再确定具体的类型。在调用方法时，也不用强转对象、写很多重复方法了。

1.3 泛型的优点

• 代码可复用：一套代码可支持不同的类型；
• 可读性更高：不用强制转换，代码更加简洁；
• 程序更安全：在编译时就检查类型安全，如在编译时没有警告，运行时就不会出现 ClassCastException （类型转换异常），降低 crash 率；
• 稳定性更强：在创建集合时，就限定了集合元素的类型。因此，在取出元素时，不需要强制类型转换了。

1.4 泛型的使用场景

• 使用在不想写多个重载函数的场景；
• 使用在用户希望返回他自定义类型的返回值场景。例如：Json 返回 Java bean ；
• 在使用反射的应用中，也经常使用泛型。例如：Class<T> ；
• 使用在约束对象类型的场景，用来定义边界（T extends ...）。例如：JDK 集合 List，Set ；
• 使用在网页、资源分析或返回的场景。

1.5 泛型的设计原则

编译时没有出现警告，运行时就不会出现 ClassCastException 异常。

1.6 泛型的实现原理

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 字节码里面，没有包含泛型中的类型信息。我们在使用泛型的时候添加的类型参数，将在编译时被擦除掉。这也是 Java 的泛型也被称作为“伪泛型”的原因。

1.6.1 类型擦除（Type Erasure）

测试代码：

public class GenericType {
    public static void main(String[] args) {  
      ArrayList<String> arrayString=new ArrayList<String>();
      ArrayList<Integer> arrayInteger=new ArrayList<Integer>();

      System.out.println(arrayString.getClass());
      System.out.println(arrayString.getClass()==arrayInteger.getClass());
    }  
}

输出：

class java.util.ArrayList

true

注意：是类型相同，而不是对象相同。

在这个示例中，我们定义了两个 ArrayList 数组：

数组一：ArrayList<String> 泛型类型，只可以存储字符串；
数组二：ArrayList<Integer> 泛型类型，只可以存储整型。
最后，我们通过 ArrayString 对象、和 ArrayInteger 对象的 GetClass 方法，获取它们的类信息并比较，发现结果为 true

这是为什么呢，明明我们定义了两种不同的类型呀？这是因为：
在编译期，所有的泛型信息都会被擦除，List<Integer> 和 List<String> 类型在编译后，都会变成 List 类型（原始类型）。

1.7 泛型的特性

Java 中的泛型，只在编译的时候有效。

• 我们在编译时，先检验泛型结果，再将泛型信息擦除掉，最后在对象进入和离开方法的边界处，添加上类型检查和类型转换的方法。
• 在编译后，程序会采取去泛型化的措施，即泛型信息不会进入到运行时阶段。

1.8 泛型的规则限制

• 不可以使用泛型地形参创建对象；
• 在泛型类中，不可以给静态成员变量定义泛型；
• 泛型类不可以继承 java.lang.Throwable 类；
• Java 泛型不可以使用基本类型；
• 泛型类不可以初始化一个数组；
• Java 泛型不可以进行实例化；
• Java 泛型不可以直接进行类型转换；
• Java 泛型不可以直接使用 instanceof 运算符，进行运行时类型检查；
• Java 泛型不可以创建确切类型的泛型数组；
• Java 泛型不可以定义泛型异常类、或 catch 异常；
• Java 泛型不可以作为参数进行重载。

1.9 泛型常用术语

1

1.10 泛型的类型表示

2

二、为什么要使用泛型

1、在 JDK5 之前，集合中没有泛型，我们是通过继承来实现泛型的程序设计的，使用继承实现有两个弊端

• 取值时，需要强制类型转换，反之，得到的都是 Object。
• 编译时，不会检查错误。

2、在 JDK5 之后，集合中有了泛型，我们就可以使用泛型来实现了，泛型提供了编译时类型安全检测机制，该机制：

• 允许我们在编译时检查类型安全，且所有的强制转换都是自动和隐式的，只要编译时不出现问题，运行时就不会出现ClassCastException（类型转换异常）。
• 可以极大地提高代码的可读性、复用性及安全性。

2.1 实例

电商系统中，有普通用户、商户用户两种类型。当用户获取信息详情时，系统要先将其中的敏感信息设置为“空”，再返回给用户。此时，我们需要写一个通用方法，将敏感字段设置为“空”。具体怎么实现呢？

我们可能想到的三种实现方式：继承、方法重载机制、泛型机制

2.1.1 第一种实现方式：继承

在 Java 中，所有的类都继承了 Object ，我们可以将 Object 作为传入参数，再使用反射去操作字段，设置 password 为空。

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        // 初始化
        ShopUser shopUser = new ShopUser(0L, "shopUser", "123456");
        ClientUser clientUser = new ClientUser(0L, "clientUser", "123456");

        // 输出原始信息
        System.out.println("过滤前：");
        System.out.println("          " + shopUser);
        System.out.println("          " + clientUser);

        // 执行过滤
        shopUser = (ShopUser) removeField(shopUser);
        clientUser = (ClientUser) removeField(clientUser);

        // 输出过滤后信息
        System.out.println("过滤后：");
        System.out.println("          " + shopUser);
        System.out.println("          " + clientUser);
    }

    public static Object removeField(Object obj) throws Exception {
        Set<String> fieldSet = new HashSet();
        fieldSet.add("password");

        Field[] fields = obj.getClass().getDeclaredFields();
        for (Field field : fields) {
            if (fieldSet.contains(field.getName())) {
                field.setAccessible(true);
                field.set(obj, null);
                return obj;
            }
        }
        return obj;
    }
}

运行结果

过滤前：
      ShopUser{id=0, username='shopUser', password='123456'}
      ClientUser{id=0, username='clientUser', password='123456'}
过滤后：
      ShopUser{id=null, username='shopUser', password='null'}
      ClientUser{id=null, username='clientUser', password='null'}

通过继承实现，运行结果没问题，但要强制转换对象，代码不够简洁。

2.1.2 第二种实现方式：方法重载机制

Java 不是有方法重载机制吗，我们再来试试这个方法。

业务方法：

public static ShopUser removeField(ShopUser user) throws Exception {

     // 强转，并返回对象
     return (ShopUser) remove(user);
 }
 public static ClientUser removeField(ClientUser user) throws Exception {

     // 强转，并返回对象
     return (ClientUser) remove(user);
 }

核心方法：

// 把敏感字段设置为空
    public static Object remove(Object obj) throws Exception {
        // 需要过滤的敏感字段
        Set<String> fieldSet = new HashSet<String>();
        fieldSet.add("password");

        // 获取所有字段：然后获取这个类所有字段
        Field[] fields = obj.getClass().getDeclaredFields();

        // 敏感字段设置为空
        for (Field field : fields) {
            if (fieldSet.contains(field.getName())) {
                // 开放字段操作权限
                field.setAccessible(true);
                // 设置空
                field.set(obj, null);
            }
        }

        // 返回对象
        return obj;
    }
}

通过方法重载机制实现，重复方法会很多，我们每添加一个供应商用户，就要再写一个方法、修改源码，简直太繁琐了，还极容易出错。

2.1.3 第三种实现方式：泛型

public static <T> T removeField(T obj) throws Exception {
    Set<String> fieldSet = new HashSet();
    fieldSet.add("password");

    Field[] fields = obj.getClass().getDeclaredFields();
    for (Field field : fields) {
        if (fieldSet.contains(field.getName())) {
            field.setAccessible(true);
            field.set(obj, null);
            return obj;
        }
    }
    return obj;
}

通过泛型实现，我们就不用把参数的类型代码写死，并且可以在使用的时候，再去确定具体的类型；在调用方法的时候，也不用强转对象、写很多重复方法，代码更加简洁、安全。

三、哪些情况下需要使用泛型

当接口、类及方法中操作的引用数据类型不确定时，就可以用泛型来表示，这样能避免强转，将运行问题转移到编译期。

需要注意的是：

• 泛型实际代表什么类型，取决于调用者传入的类型，如果没传，默认是 Object 类型。
• 使用带泛型的类创建对象时，等式两边指定的泛型类型必须一致。原因是：编译器检查对象调用方法时只看变量；而程序在运行期间调用方法时，就要考虑对象具体类型了。
• 等式两边，可以在任意一边使用泛型，在另一边不使用（考虑向后兼容）。

四、泛型类、泛型接口、泛型方法

4.1 泛型类

4.1.1 泛型类的定义

泛型类，是在实例化类时指明泛型的具体类型，是拥有泛型特性的类，本质还是一个 Java 类，可以被继承。泛型类是最常见的泛型使用方式，最常见的运用就是各种集合类和接口，例如List、ArrayList 等。

4.1.2 泛型类的格式

格式：public class 类名<数据类型,…> { }
示例：public class Generic<T>{ }

关于数据类型：

• 可以用任意字母来代表，例如 T ，或者 T，E，K，V等形式的参数。
• 也可以用多个英文字母，如果用多个英文字母，需要用逗号隔开，例如 public class Generic<T，K，V>{ } 。

4.1.3 泛型类的使用

• 定义一个类，在该类名后面添加类型参数声明部分，由尖括号分隔。
• 每一个类型参数声明部分，可以包括一个或多个类型参数，参数间用逗号隔开。
• 使用 <T> 来声明一个类型持有者名称，将 T 当作一个类型来声明成员、参数、返回值类型（此处T可以写为任意标识）。

4.1.4 泛型类的示例代码

public class GenericsBox<T> {
    private T t;

    public void add(T t) {
        this.t = t;
    }

    public T get() {
        return t;
    }
}

4.1.5 泛型类的使用注意事项

• 泛型的类型参数（包括自定义类），只能是类类型（String、Integer），不能是简单类型（int，double）。
• 不能对确切的泛型类型使用 instanceof 操作，会导致编译时出错。
• 使用泛型时，如果传入泛型实参，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，在泛型类中，使用泛型的方法或成员变量定义的类型，可以是任何的类型。
• 若泛型类型已确定，则只能是其本身，其子类不能使用。

4.2 泛型接口

4.2.1 泛型接口的定义

将泛型用在接口 interface 上，被称为泛型接口，泛型接口经常被用在各种类的生产器中。

4.2.2 泛型接口的格式

格式：修饰符 interface 接口名 <类型>{ }
示例：public interface ShangHaiJieKou<T> { }

泛型接口格式，类似于泛型类的格式；接口中的方法的格式，类似于泛型方法的格式。

以下有两个类，和一个接口，我们以接口类为例：

1. Genericimpl（接口实现类）

2. Generic_泛型接口<T>（interface接口类）

3. GenericDemo_泛型接口（main方法实现类）

4.2.3 泛型接口的使用

• 定义一个接口，在该接口名后面，添加类型参数声明部分，用尖括号分隔。
• 每一个类型参数声明部分，可以包括一个或多个类型参数，参数间用逗号隔开。

4.2.4 泛型接口的示例代码

public interface GenericsInterface<T> {

    public abstract void genericsInterface1(T element);

    public abstract <T> void genericsInterface2();
}

4.2.5 泛型接口的使用注意事项

实现泛型的类，必须传入泛型实参，然后在实现类中用该实参来替换 T 。

4.3 泛型方法

4.3.1 泛型方法的定义

泛型方法，是在调用方法时指明泛型的具体类型，既可用在类和接口上，还可用在方法上。

4.3.2 泛型方法的格式

• 格式：修饰符 <类型> 返回值类型方法名(类型变量名){}
• 示例：public <T> void show(T t){}

4.3.3 泛型方法的使用

• 所有泛型方法声明，都有一个类型参数声明部分，由尖括号分隔。该类型参数的声明部分，在方法返回值类型之前。
• 每一个类型参数声明部分，都包括一个或多个类型参数，参数间用逗号隔开。一个泛型参数，也被称为一个类型变量，是用于指定一个泛型类型名称的标识符。
• 类型参数可被用来声明返回值类型，作为泛型方法得到的实际参数类型的占位符。

4.3.4 泛型方法的示例代码

打印各种类型的数组中的元素

public static <T> void printLog(T[] inputArray) {
    for (T element : inputArray) {
         LogUtil.e("打印数组中的元素", element + "");
    }
}

4.3.5 编程原则

泛型方法是为了调高代码的重用性和程序安全性，尽量设计泛型方法去解决问题，如果设计泛型方法，可以取代泛型整个类，就选择泛型方法。另外，泛型方法可以搞定的，就不建议使用泛型类了。

五、泛型类的继承

泛型类被继承的情况有两种：子类明确泛型类的类型参数变量、子类不明确泛型类的类型参数变量。

5.1 子类明确泛型类的类型参数变量

把泛型定义在接口上

public interface Inter<T> {
    public abstract void show(T t);
}

定义一个子类来实现接口

public class InterImpl implements Inter<String> {//子类明确泛型类的类型参数变量为String:
    @Override
    public void show(String s) {
        System.out.println(s);

    }
}

测试代码

public class mingquefanxingcanshu {
    public static void main(String[] args) {
        Inter<String> i = new InterImpl();
        i.show("hello java!");
    }
}

5.2 子类不明确泛型类的类型参数变量

把泛型定义在接口上

public interface Inter<T> {
    public abstract void show(T t);
}

定义一个子类来实现接口

public class InterImpl<T> implements Inter<T> {//实现类不明确泛型类的类型参数变量,实现类也要定义出<T>类型的
    @Override
    public void show(T s) {//子类方法也要继承类的数据类型T
        System.out.println(s);

    }
}

测试代码

public class mingquefanxingcanshu {
    public static void main(String[] args) {
        Inter<String> i = new InterImpl();
        i.show("hello java!");
    }
}

5.3 泛型类的继承注意事项

• 实现类要的是重写父类的方法，返回值的类型需要同父类一样。
• 类上声明的泛形，只对非静态成员有效。

六 、泛型通配符

6.1 泛型通配符的基本概述

泛型通配符用 ? 表示，代表不确定的类型，是泛型的一个重要组成。

相关术语及范例：

• ArrayList<E>，称为泛型类型，此处的 E ，称为类型参数变量。
• ArrayList<Integer>，称为参数化的类型 ParameterizedType ，此处的Integer，称为实际类型参数。

6.2 为什么要用泛型通配符

泛型通配符的引入，是为了解决类型被限制死之后，不能动态根据实例来确定的缺点。先来看代码示例，我们现在有这样一个函数

public void test(List<Number> data) {

}

根据泛型规则，这个函数只能传进来 List<Number> 这一种类型， List<Object> 和 List<Integer> 是传不进来的。如果我们既要泛型，又想把这两个类型的子类、或者父类的泛型传进去，就需要使用到通配符泛型。

6.3 泛型通配符的优点

可以在保证运行时类型安全的基础上，提高参数类型的灵活性。

6.4 泛型通配符的作用

泛型本身不支持协变和逆变，通配符能解决协变和逆变的问题。

在 Java 中：

• 数组可以协变。例如：Dog extends Animal ， Animal[] 与 Dog[] 是可以兼容的。
• 集合不可以协变。List<Animal> 不是 List<Dog> 的父类，为了建立两个集合之间的联系，此时需要引用通配符来解决。

泛型 T 是确定的类型，而通配符更加灵活（不确定），更多用于扩充参数的范围。泛型 T就像是变量，将传来的一个具体的类型拿来使用，而通配符则是一种规定，规定你能传哪些参数，就像是一个特殊的实际类型参数。

6.5 泛型通配符的使用场景

• 用于类型参数中。
• 用于实例变量，或者局部变量中。
• 有时也可作为返回类型，例如Object的getClass方法。

注意：泛型通配符只能用于泛型类的使用（声明变量、方法的参数），不能用于泛型定义、New 泛型实例。

6.6 泛型通配符的三种形式

• <?> ：无边界通配符（基本使用）
• <? extends T> ：固定上边界通配符（又称有上限的通配符）
• <? super T> ：固定下边界通配符（又称有下限的通配符）

6.6.1 无边界通配符 <?>

无边界通配符的概述：

• 英文全称 Unbounded Wildcards ，代表任意类型，是万能通配符 ；
• 采用 <?> 的语法形式，来声明使用该类通配符。例如： List<?> ，表示元素类型未知的 List ，它的元素可以匹配任何的类型。这种带通配符的 List ，仅表示它是各种泛型 List 的父类，并不能把元素添加到其中。

无边界通配符的作用：可以让泛型能够接受未知类型的数据。

6.6.2 固定上边界通配符 <? extends T>

固定上边界通配符的概述：

• 英文全称 Upper Bounded Wildcards 。
• 采用 <? extends 类型> 的语法形式，来声明使用该类通配符。例如：List<?extends Number> ，表示 Number 或者其子类型。需要注意的是，此处虽然使用了 extends 关键字，但却不仅限于继承了父类 类型 的子类，也可以代指实现了接口 类型 的类。
• 代表类型变量的范围有限，只能传入某种类型、或者它的子类，适合频繁往外读取数据的场景。

固定上边界通配符的作用：
当我们不希望 List<?> 是任何泛型 List 的父类，只希望它代表某一类泛型 List 的父类时，我们就使用固定上边界通配符的泛型，来接受指定类、以及其子类类型的数据。

6.6.3 固定下边界通配符 <? super T>

固定下边界通配符的概述：

• 英文全称 Lower Bounded Wildcards。
• 采用 <? super 类型> 的语法形式 ，来声明使用该类通配符。例如： List<?super Number> ，它表示的类型是 Number 或者其父类型。
• 代表类型变量的范围有限，只能传入某种类型、或者其父类，适合频繁插入数据的场景。

固定下边界通配符的作用：
我们可以使用固定下边界通配符的泛型，来接受指定类及其父类类型的数据。需要重点注意的是，一个泛型可以单独指定类型通配符的上边界、或下边界，但不能同时指定上边界、下边界。

6.7 泛型通配符的使用

我们确定类型变量时，如果不能明确类型变量，就可以使用泛型通配符（泛型通配符代表不确定的类型）。反之，如果我们能明确地知道类型变量，就不需要使用泛型通配符。

6.7.1 代码示例1 ：不需要使用泛型通配符

我们明确地知道 count() 方法用在哪儿，在编码时，可以直接指明这是一个 Integer 集合。

public static Integer count(List<Integer> list) {
    int total = 0;
    for (Integer number : list) {
        total += number;
    }
    list.add(total);
    return total;
}

在调用方法时，如果不传指定的数据进来，编译会报错：

public static void main(String[] args) {
    // 不传指定数据，编译报错
    List<String> strList = Arrays.asList("0", "1", "2");
    int totalNum = count(strList);
}

即便我们绕过了编译，程序也很可能无法正常运行：

public static void main(String[] args) {
    // 绕过了编译，运行报错
    List strList1 = Arrays.asList("0", "1", "2");
    int totalNum = count(strList1);
}

所以，如果你已经明确自己要做什么，清楚地知道类型变量，就没必要使用泛型通配符。

6.7.2 代码示例2 ：使用泛型通配符，实现一些通用算法

但是，在一些通用方法中，什么类型的数据都能传进来，不能确认类型变量，这时候该怎么办呢？此时，我们就可以使用泛型通配符，在不用确认类型变量的情况下，来实现一些通用算法。例如：我们需要写一个通用方法，把传入的 List 集合输出到控制台。

public static void print(List<?> list) {
    for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
        System.out.println(list.get(i));
    }
}

Integer 集合，可以运行：

public static void main(String[] args) {
    //Integer 集合，可以运行
    List<Integer> intList = Arrays.asList(0, 1, 2);
    print(intList);
}

String 集合，可以运行：

public static void main(String[] args) {
    //String 集合，可以运行
    List<String> strList = Arrays.asList("0", "1", "2");
    print(strList);
}

List<?> list 指不确定 List 集合装的是什么类型，有可能是 Integer、或 String、或其他。但这不用理会，我们只需要传一个 List 集合进来，这个方法就能正常运行了。这就是泛型通配符的作用所在。

我们还可以使用泛型通配符，来实现一些特殊算法。泛型通配符也适用于一些特殊算法，但可使用的范围不大。例如：用户分为普通用户、商家用户，但用户有一些特殊功能，其它角色都没有。这时候，又该怎么办呢？我们可以通过给泛型通配符设定边界，来限定类型变量的范围。

6.8 PECS原则

泛型通配符的用法有些复杂，为了更好的帮助我们理解、及正确使用 Java 泛型通配符。Joshua Bloch 在《Effective Java 》第 3 版中提出了 PECS 原则。PECS 的英文全称是 Producer Extends , Consumer Super ，字面意思是“读取时使用 extends ，写入时使用 super ”。

也就是说：

• 参数化类型表示一个生产者，我们就使用 <? extends T> ；
• 参数化类型表示一个消费者，我们就使用 <? super T> 。

6.9 通配符与类型参数的区别

一般而言，通配符能干的事情都可以用类型参数替换。例如：

public void testWildCards(Collection<?> collection){}

可以用以下来取代:

public <T> void test(Collection<T> collection){}

值得注意的是，如果用泛型方法来取代通配符，上面代码中的 collection 是能进行写操作的，但要进行强制转换。

public <T> void test(Collection<T> collection){
    collection.add((T)new Integer(12));
    collection.add((T)"123");
}

需要特别注意的是，类型参数适用于参数之间的类别依赖关系，举例说明。

public class Test2 <T,E extends T>{
    T value1;
    E value2;
}

如果一个方法的返回类型依赖于参数的类型，那么通配符也无能为力。

public T test1(T t){
    return value1;
}

6.10 泛型通配符和泛型方法的使用选型

在实际应用场景中，有很多时候，我们可以使用泛型方法、来替代泛型通配符。使用通配符：

public static void test(List<?> list) {

}

使用泛型方法：

public <T> void test2(List<T> t) {

}

既然通配符和泛型方法都可用，具体该怎样选型呢？
通配符和泛型方法的选型参考：

• 参数之间的类型有依赖关系的，又或者返回值与参数之间有依赖关系的，使用泛型方法。
• 参数之间的类型没有依赖关系的，使用通配符。

七、Java 泛型中的 T，E，K，V

本质上都是通配符，只是一种编码约定俗成。我们可以将 T 换成 A-Z 之间的任意字母，不会影响程序的正常运行。但是，如果换成其他的字母代替 T ，可读性可能会差一些。通常情况下，T，E，K，V，？是这样约定的：

3

资料来源：
Java泛型基础最全详解，超级详细

为什么要使用泛型，什么时候使用泛型？

泛型的3种使用方式：泛型类、泛型接口、泛型方法

泛型通配符超详解，一文彻底搞懂

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