Java总结篇系列：Java泛型
一. 泛型概念的提出（为何须要泛型）？java
首先，咱们看下下面这段简短的代码:编程
1 public class GenericTest { 2
3 public static void main(String[] args) { 4 List list = new ArrayList(); 5 list.add("qqyumidi"); 6 list.add("corn"); 7 list.add(100); 8
9 for (int i = 0; i < list.size(); i++) { 10 String name = (String) list.get(i); // 1
11 System.out.println("name:" + name); 12 } 13 } 14 }
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。这是彻底容许的，由于此时list默认的类型为Object类型。在以后的循环中，因为忘记了以前在list中也加入了Integer类型的值或其余编码缘由，很容易出现相似于//1中的错误。由于编译阶段正常，而运行时会出现“java.lang.ClassCastException”异常。所以，致使此类错误编码过程当中不易发现。数组
在如上的编码过程当中，咱们发现主要存在两个问题：app
1.当咱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自己类型。dom
2.所以，//1处取出集合元素时须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。函数
那么有没有什么办法可使集合可以记住集合内元素各种型，且可以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。this
二.什么是泛型？编码
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，而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，相似于方法中的变量参数，此时类型也定义成参数形式（能够称之为类型形参），而后在使用/调用时传入具体的类型（类型实参）。spa
看着好像有点复杂，首先咱们看下上面那个例子采用泛型的写法。code
1 public class GenericTest { 2
3 public static void main(String[] args) { 4 /*
5 List list = new ArrayList(); 6 list.add("qqyumidi"); 7 list.add("corn"); 8 list.add(100); 9 */
10
11 List<String> list = new ArrayList<String>(); 12 list.add("qqyumidi"); 13 list.add("corn"); 14 //list.add(100); // 1 提示编译错误
15
16 for (int i = 0; i < list.size(); i++) { 17 String name = list.get(i); // 2
18 System.out.println("name:" + name); 19 } 20 } 21 }
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，经过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，由于此时，集合可以记住元素的类型信息，编译器已经可以确认它是String类型了。
结合上面的泛型定义，咱们知道在List<String>中，String是类型实参，也就是说，相应的List接口中确定含有类型形参。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：
1 public interface List<E> extends Collection<E> { 2
3 int size(); 4
5 boolean isEmpty(); 6
7 boolean contains(Object o); 8
9 Iterator<E> iterator(); 10
11 Object[] toArray(); 12
13 <T> T[] toArray(T[] a); 14
15 boolean add(E e); 16
17 boolean remove(Object o); 18
19 boolean containsAll(Collection<?> c); 20
21 boolean addAll(Collection<? extends E> c); 22
23 boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c); 24
25 boolean removeAll(Collection<?> c); 26
27 boolean retainAll(Collection<?> c); 28
29 void clear(); 30
31 boolean equals(Object o); 32
33 int hashCode(); 34
35 E get(int index); 36
37 E set(int index, E element); 38
39 void add(int index, E element); 40
41 E remove(int index); 42
43 int indexOf(Object o); 44
45 int lastIndexOf(Object o); 46
47 ListIterator<E> listIterator(); 48
49 ListIterator<E> listIterator(int index); 50
51 List<E> subList(int fromIndex, int toIndex); 52 }
咱们能够看到，在List接口中采用泛型化定义以后，<E>中的E表示类型形参，能够接收具体的类型实参，而且此接口定义中，凡是出现E的地方均表示相同的接受自外部的类型实参。
天然的，ArrayList做为List接口的实现类，其定义形式是：
1 public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
2 implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable { 3
4 public boolean add(E e) { 5 ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
6 elementData[size++] = e; 7 return true; 8 } 9
10 public E get(int index) { 11 rangeCheck(index); 12 checkForComodification(); 13 return ArrayList.this.elementData(offset + index); 14 } 15
16 //...省略掉其余具体的定义过程
17
18 }
由此，咱们从源代码角度明白了为何//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
从上面的内容中，你们已经明白了泛型的具体运做过程。也知道了接口、类和方法也均可以使用泛型去定义，以及相应的使用。是的，在具体使用时，能够分为泛型接口、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相似。以下，咱们看一个最简单的泛型类和方法定义：
1 public class GenericTest { 2
3 public static void main(String[] args) { 4
5 Box<String> name = new Box<String>("corn"); 6 System.out.println("name:" + name.getData()); 7 } 8
9 } 10
11 class Box<T> { 12
13 private T data; 14
15 public Box() { 16
17 } 18
19 public Box(T data) { 20 this.data = data; 21 } 22
23 public T getData() { 24 return data; 25 } 26
27 }
在泛型接口、泛型类和泛型方法的定义过程当中，咱们常见的如T、E、K、V等形式的参数经常使用于表示泛型形参，因为接收来自外部使用时候传入的类型实参。那么对于不一样传入的类型实参，生成的相应对象实例的类型是否是同样的呢？
1 public class GenericTest { 2
3 public static void main(String[] args) { 4
5 Box<String> name = new Box<String>("corn"); 6 Box<Integer> age = new Box<Integer>(712); 7
8 System.out.println("name class:" + name.getClass()); // com.qqyumidi.Box
9 System.out.println("age class:" + age.getClass()); // com.qqyumidi.Box
10 System.out.println(name.getClass() == age.getClass()); // true
11
12 } 13
14 }
由此，咱们发现，在使用泛型类时，虽然传入了不一样的泛型实参，但并无真正意义上生成不一样的类型，传入不一样泛型实参的泛型类在内存上只有一个，即仍是原来的最基本的类型（本实例中为Box），固然，在逻辑上咱们能够理解成多个不一样的泛型类型。
究其缘由，在于Java中的泛型这一律念提出的目的，致使其只是做用于代码编译阶段，在编译过程当中，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，成功编译事后的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当作是多个不一样的类型，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，咱们知道，Box<Number>和Box<Integer>实际上都是Box类型，如今须要继续探讨一个问题，那么在逻辑上，相似于Box<Number>和Box<Integer>是否能够当作具备父子关系的泛型类型呢？
为了弄清这个问题，咱们继续看下下面这个例子:
1 public class GenericTest { 2
3 public static void main(String[] args) { 4
5 Box<Number> name = new Box<Number>(99); 6 Box<Integer> age = new Box<Integer>(712); 7
8 getData(name); 9
10 //The method getData(Box<Number>) in the type GenericTest is 11 //not applicable for the arguments (Box<Integer>)
12 getData(age); // 1 13
14 } 15
16 public static void getData(Box<Number> data){ 17 System.out.println("data :" + data.getData()); 18 } 19
20 }
咱们发现，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，经过提示信息，咱们知道Box<Number>在逻辑上不能视为Box<Integer>的父类。那么，缘由何在呢？
1 public class GenericTest { 2
3 public static void main(String[] args) { 4
5 Box<Integer> a = new Box<Integer>(712); 6 Box<Number> b = a; // 1
7 Box<Float> f = new Box<Float>(3.14f); 8 b.setData(f); // 2
9
10 } 11
12 public static void getData(Box<Number> data) { 13 System.out.println("data :" + data.getData()); 14 } 15
16 } 17
18 class Box<T> { 19
20 private T data; 21
22 public Box() { 23
24 } 25
26 public Box(T data) { 27 setData(data); 28 } 29
30 public T getData() { 31 return data; 32 } 33
34 public void setData(T data) { 35 this.data = data; 36 } 37
38 }
这个例子中，显然//1和//2处确定会出现错误提示的。在此咱们可使用反证法来进行说明。
假设Box<Number>在逻辑上能够视为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，经过getData()方法取出数据时究竟是什么类型呢？Integer? Float? 仍是Number？且因为在编程过程当中的顺序不可控性，致使在必要的时候必需要进行类型判断，且进行强制类型转换。显然，这与泛型的理念矛盾，所以，在逻辑上Box<Number>不能视为Box<Integer>的父类。
好，那咱们回过头来继续看“类型通配符”中的第一个例子，咱们知道其具体的错误提示的深层次缘由了。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，所以，咱们须要一个在逻辑上能够用来表示同时是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。
类型通配符通常是使用 ? 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>...等全部Box<具体类型实参>的父类。由此，咱们依然能够定义泛型方法，来完成此类需求。
1 public class GenericTest { 2
3 public static void main(String[] args) { 4
5 Box<String> name = new Box<String>("corn"); 6 Box<Integer> age = new Box<Integer>(712); 7 Box<Number> number = new Box<Number>(314); 8
9 getData(name); 10 getData(age); 11 getData(number); 12 } 13
14 public static void getData(Box<?> data) { 15 System.out.println("data :" + data.getData()); 16 } 17
18 }
有时候，咱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，若是须要定义一个功能相似于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，须要用到类型通配符上限。
1 public class GenericTest { 2
3 public static void main(String[] args) { 4
5 Box<String> name = new Box<String>("corn"); 6 Box<Integer> age = new Box<Integer>(712); 7 Box<Number> number = new Box<Number>(314); 8
9 getData(name); 10 getData(age); 11 getData(number); 12
13 //getUpperNumberData(name); // 1
14 getUpperNumberData(age); // 2
15 getUpperNumberData(number); // 3
16 } 17
18 public static void getData(Box<?> data) { 19 System.out.println("data :" + data.getData()); 20 } 21
22 public static void getUpperNumberData(Box<? extends Number> data){ 23 System.out.println("data :" + data.getData()); 24 } 25
26 }
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。
类型通配符上限经过形如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，在此不做过多阐述了。
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，并不必定有着实际的可用性。另外，一提到泛型，相信你们用到最多的就是在集合中，其实，在实际的编程过程当中，本身可使用泛型去简化开发，且能很好的保证代码质量。而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，最主要的仍是须要理解其背后的思想和目的。
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