Java泛型知识

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 extends AbstractList implements List, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable { 
        
      ...... 
 
    public ArrayList(Collection 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 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。

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 { ... } 

现在，我们只能定义：

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

因为Number、Integer和Double都符合。

非Number类型将无法通过编译：

Generic p1 = null; // compile error! 
Generic

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 list = new ArrayList(); 
 
        //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 list = new ArrayList(); 
 
        //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 list2 = new ArrayList(); 
        //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。

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  void copy(List dest, List src) { 
        for (int i=0; i

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 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 jsonToMap = fromJson(json); 
        System.out.println(jsonToMap); 
 
        Animal animal1 = jsonToMap.get("cat"); 
        System.out.println(animal1.getEats()); 
    } 
 
    public static  T fromJson(String str) { 
        return new Gson().fromJson(str, new TypeToken() { 
        }.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 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 jsonToMap = fromJson(json,  
        new TypeToken>() {}.getType()); 
        System.out.println(jsonToMap); 
 
        Animal animal1 = jsonToMap.get("cat"); 
        System.out.println(animal1.getEats()); 
 
    } 
 
    public static  T fromJson(String str, Type type) { 
        return new Gson().fromJson(str, type); 
    } 
 
}

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。