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:

 
 
 
  1. public class ArrayList extends AbstractList implements List, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable { 
  2.         
  3.       ...... 
  4.  
  5.     public ArrayList(Collection c) { 
  6.         elementData = c.toArray(); 
  7.         if ((size = elementData.length) != 0) { 
  8.             // c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652) 
  9.             if (elementData.getClass() != Object[].class) 
  10.                 elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class); 
  11.         } else { 
  12.             // replace with empty array. 
  13.             this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA; 
  14.         } 
  15.     } 
  16.  
  17.     public void sort(Comparator c) { 
  18.         final int expectedModCount = modCount; 
  19.         Arrays.sort((E[]) elementData, 0, size, c); 
  20.         if (modCount != expectedModCount) { 
  21.             throw new ConcurrentModificationException(); 
  22.         } 
  23.         modCount++; 
  24.     } 
  25.     
  26.   ..... 
  27.  
  28.     public E get(int index) { 
  29.         rangeCheck(index); 
  30.  
  31.         return elementData(index); 
  32.     } 
  33.  
  34.     public boolean add(E e) { 
  35.         ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!! 
  36.         elementData[size++] = e; 
  37.         return true; 
  38.     } 
  39.  
  •  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:

 
 
 
  1. public class Generic { ... } 

现在,我们只能定义:

 
 
 
  1. Generic p1 = null; 
  2. Generic p2 = new Generic<>(1, 2); 
  3. Generic p3 = null; 

因为Number、Integer和Double都符合 。

非Number类型将无法通过编译:

 
 
 
  1. Generic p1 = null; // compile error! 
  2. Generic 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:

     
     
     
    1. public class Test { 
    2.  
    3.     static class Food { 
    4.  
    5.     } 
    6.  
    7.     static class Fruit extends Food { 
    8.     } 
    9.  
    10.     static class Apple extends Fruit { 
    11.     } 
    12.  
    13.     static class Orange extends Fruit { 
    14.     } 
    15.  
    16.     public void testExtend() { 
    17.         List list = new ArrayList(); 
    18.  
    19.         //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. 
    20.         //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 
    21.  
    22.         //list.add(new Apple()); 
    23.         //list.add(new Orange()); 
    24.  
    25.         //可以添加null,因为null可以表示任何类型 
    26.         list.add(null); 
    27.  
    28.         //可以正常获取,用java多态 
    29.         Food foot = list.get(0); 
    30.         Apple apple = (Apple) list.get(0); 
    31.     } 
    32.  
    33.     public void testSuper() { 
    34.         List list = new ArrayList(); 
    35.  
    36.         //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, 
    37.         list.add(new Fruit()); 
    38.         list.add(new Apple()); 
    39.  
    40.         //无法确定Fruit的父类是否只有Food一个(Object是超级父类) 
    41.         //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 
    42.         //list.add(new Food()); 
    43.         //List list2 = new ArrayList(); 
    44.         //Fruit fruit = list.get(0); //不能确定返回类型 
    45.  
    46.     } 
    47.  

     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)。
     
     
     
    1. public class Collections { 
    2.     // 把src的每个元素复制到dest中: 
    3.     public static  void copy(List dest, List src) { 
    4.         for (int i=0; i
    5.             T t = src.get(i); 
    6.             dest.add(t); 
    7.         } 
    8.     } 

     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:

     
     
     
    1. public class Test2 { 
    2.  
    3.     public static void main(String[] args) { 
    4.         Map map = new HashMap<>(); 
    5.         Animal animal = new Animal(); 
    6.         animal.setVegetarian(true); 
    7.         animal.setEats("fish"); 
    8.         map.put("cat", animal); 
    9.  
    10.         String json = new Gson().toJson(map); 
    11.         System.out.println(json); 
    12.  
    13.         Map jsonToMap = fromJson(json); 
    14.         System.out.println(jsonToMap); 
    15.  
    16.         Animal animal1 = jsonToMap.get("cat"); 
    17.         System.out.println(animal1.getEats()); 
    18.     } 
    19.  
    20.     public static  T fromJson(String str) { 
    21.         return new Gson().fromJson(str, new TypeToken() { 
    22.         }.getType()); 
    23.     } 
    24.  

     上的代码运行会提示如下异常:

     
     
     
    1. Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: com.google.gson.internal.LinkedTreeMap cannot be cast to com.uaf.rabbitmq.producer.Animal 
    2.     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

     
     
     
    1. public class Test2 { 
    2.  
    3.     public static void main(String[] args) { 
    4.         Map map = new HashMap<>(); 
    5.         Animal animal = new Animal(); 
    6.         animal.setVegetarian(true); 
    7.         animal.setEats("fish"); 
    8.         map.put("cat", animal); 
    9.  
    10.         String json = new Gson().toJson(map); 
    11.         System.out.println(json); 
    12.  
    13.         Map jsonToMap = fromJson(json,  
    14.         new TypeToken>() {}.getType()); 
    15.         System.out.println(jsonToMap); 
    16.  
    17.         Animal animal1 = jsonToMap.get("cat"); 
    18.         System.out.println(animal1.getEats()); 
    19.  
    20.     } 
    21.  
    22.     public static  T fromJson(String str, Type type) { 
    23.         return new Gson().fromJson(str, type); 
    24.     } 
    25.  

     在Gson中提供了TypeToken解决泛型运行时类型擦除问题,TypeToken 这个类来帮助我们捕获像Map这样的泛型信息。上文创建了一个匿名内部类,这样Java编译器就会把泛型信息编译到这个匿名内部类里,然后在运行时就可以被getType()方法用反射API提取到。

    文章标题:Java泛型你必须知道的知识
    URL网址:http://www.hantingmc.com/qtweb/news27/473227.html

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