Java泛型你必须知道的知识

一什么是泛型

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。

简单理解就是：泛型指定编译时的类型，减少运行时由于对象类型不匹配引发的异常。其主要用途是提高我们的代码的复用率。

我们Java标准库中的ArrayList就是泛型使用的典型应用：

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E> implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {



      ......

    public ArrayList(Collection<? extends E> c) {

        elementData = c.toArray();

        if ((size = elementData.length) != 0) {

            // c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)

            if (elementData.getClass() != Object[].class)

                elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);

        } else {

            // replace with empty array.

            this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;

        }

    }

    public void sort(Comparator<? super E> c) {

        final int expectedModCount = modCount;

        Arrays.sort((E[]) elementData, 0, size, c);

        if (modCount != expectedModCount) {

            throw new ConcurrentModificationException();

        }

        modCount++;

    }



  .....

    public E get(int index) {

        rangeCheck(index);

        return elementData(index);

    }

    public boolean add(E e) {

        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!

        elementData[size++] = e;

        return true;

    }

}

源码中，ArrayList中的E称为类型参数变量，而整个ArrayList我们称为泛型类型。我们可以指定除基本类型之外的任何类型，如：ArrayList。
源码中Collection中? 通配符类型表示类型的上界，表示参数化类型的可能是T 或是 T的子类。
源码中Comparator表示类型下界(Java Core中叫超类型限定)，表示参数化类型是此类型的超类型(父类型)，直至Object。

二 extends和super通配符

在定义泛型类型Generic的时候，也可以使用extends通配符来限定T的类型：

public class Generic<T extends Number> { ... }

现在，我们只能定义：

Generic<Number> p1 = null;

Generic<Integer> p2 = new Generic<>(1, 2);

Generic<Double> p3 = null;

因为Number、Integer和Double都符合。

非Number类型将无法通过编译：

Generic<String> p1 = null; // compile error!

Generic<Object> p2 = null; // compile error!

因为String、Object都不符合，因为它们不是Number类型或Number的子类。

我们看一个例子：

public class Test {

    static class Food {

    }

    static class Fruit extends Food {

    }

    static class Apple extends Fruit {

    }

    static class Orange extends Fruit {

    }

    public void testExtend() {

        List<? extends Fruit> list = new ArrayList<Apple>();

        //无法安全添加任何具有实际意义的元素,报错,extends为上界通配符,只能取值,不能放.

        //因为Fruit的子类不只有Apple还有Orange,这里不能确定具体的泛型到底是Apple还是Orange，所以放入任何一种类型都会报错

        //list.add(new Apple());

        //list.add(new Orange());

        //可以添加null，因为null可以表示任何类型

        list.add(null);

        //可以正常获取，用java多态

        Food foot = list.get(0);

        Apple apple = (Apple) list.get(0);

    }

    public void testSuper() {

        List<? super Fruit> list = new ArrayList<Fruit>();

        //super为下界通配符，可以存放元素，但是也只能存放当前类或者子类的实例，以当前的例子来讲，

        list.add(new Fruit());

        list.add(new Apple());

        //无法确定Fruit的父类是否只有Food一个(Object是超级父类)

        //因此放入Food的实例编译不通过，只能放自己的实例或者根据java多态的特性放子类实例

        //list.add(new Food());

        //List<? super Fruit> list2 = new ArrayList<Apple>();

        //Fruit fruit = list.get(0); //不能确定返回类型

    }

}

在testExtend方法中，因为泛型中用的是extends，在向list中存放元素的时候，我们并不能确定List中的元素的具体类型，即可能是Apple也可能是Orange。因此调用add方法时，不论传入new Apple()还是new Orange()，都会出现编译错误。

理解了extends之后，再看super就很容易理解了，即我们不能确定testSuper方法的参数中的泛型是Fruit的哪个父类，因此在调用get方法时只能返回Object类型。结合extends可见，在获取泛型元素时，使用extends获取到的是泛型中的上边界的类型(本例子中为Fruit),范围更小。

总结：

在使用泛型时，存取元素时用super。
获取元素时，用extends。

有了上面的结论我们看下Java标准库的Collections类定义的copy()方法，这个copy()方法的定义就完美地展示了extends和super的意图：

copy()方法内部不会读取dest，因为不能调用dest.get()来获取T的引用;
copy()方法内部也不会修改src，因为不能调用src.add(T)。

public class Collections {

    // 把src的每个元素复制到dest中:

    public static <T> void copy(List<? super T> dest, List<? extends T> src) {

        for (int i=0; i<src.size(); i++) {

            T t = src.get(i);

            dest.add(t);

        }

    }

}

三泛型擦除

Java的泛型是伪泛型，这是因为Java在编译期间，所有的泛型信息都会被擦掉，正确理解泛型概念的首要前提是理解类型擦除。Java的泛型基本上都是在编译器这个层次上实现的，在生成的字节码中是不包含泛型中的类型信息的，使用泛型的时候加上类型参数，在编译器编译的时候会去掉，这个过程成为类型擦除

我们看一个示例：

public class Test2 {

    public static void main(String[] args) {

        Map<String, Animal> map = new HashMap<>();

        Animal animal = new Animal();

        animal.setVegetarian(true);

        animal.setEats("fish");

        map.put("cat", animal);

        String json = new Gson().toJson(map);

        System.out.println(json);

        Map<String, Animal> jsonToMap = fromJson(json);

        System.out.println(jsonToMap);

        Animal animal1 = jsonToMap.get("cat");

        System.out.println(animal1.getEats());

    }

    public static <T> T fromJson(String str) {

        return new Gson().fromJson(str, new TypeToken<T>() {

        }.getType());

    }

}

上的代码运行会提示如下异常：

Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: com.google.gson.internal.LinkedTreeMap cannot be cast to com.uaf.rabbitmq.producer.Animal

at com.uaf.rabbitmq.producer.Test2.main(Test2.java:30)

异常原因主要是这句：new Gson().fromJson(str, new TypeToken() {}.getType());

这句在实际执行的时候，List中的T并未传入实际的泛型参数，导致Gson按照LinkedTreeMap来解析JSON，以致发生了错误;这就是一个在编译期泛型类型擦除所导致的问题;

解决这个问题我们需要修改fromJson方法

public class Test2 {

    public static void main(String[] args) {

        Map<String, Animal> map = new HashMap<>();

        Animal animal = new Animal();

        animal.setVegetarian(true);

        animal.setEats("fish");

        map.put("cat", animal);

        String json = new Gson().toJson(map);

        System.out.println(json);

        Map<String, Animal> jsonToMap = fromJson(json,

        new TypeToken<Map<String, Animal>>() {}.getType());

        System.out.println(jsonToMap);

        Animal animal1 = jsonToMap.get("cat");

        System.out.println(animal1.getEats());

    }

    public static <T> T fromJson(String str, Type type) {

        return new Gson().fromJson(str, type);

    }

}