Java泛型如何使用

本篇內容主要講解“Java泛型如何使用”，感興趣的朋友不妨來看看。本文介紹的方法操作簡單快捷，實用性強。下面就讓小編來帶大家學習“Java泛型如何使用”吧!

什么是泛型

泛型是在JDK 5時就引入的新特性，也就是“參數化類型”，通俗來講就是將原來的具體類型通過參數化來定義，使用或調用時再傳入具體的類型（類型實參）。

泛型的本質是為了參數化類型（在不創建新類型的前提下，通過泛型指定的不同類型來控制形參具體的類型）。在泛型使用過程中，操作的數據類型被指定為一個參數，這種參數類型可以用在類、接口和方法中，分別被稱為泛型類、泛型接口、泛型方法。

為什么使用泛型

未使用泛型時，可以通過Object來實現參數的“任意化”，但這樣做的缺點就是需要顯式的強制類型轉換，這就需要開發者知道實際的類型。

而強制類型轉換是會出現錯誤的，比如Object將實際類型為String，強轉成Integer。編譯期是不會提示錯誤的，而在運行時就會拋出異常，很明顯的安全隱患。

Java通過引入泛型機制，將上述的隱患提前到編譯期進行檢查，開發人員既可明確的知道實際類型，又可以通過編譯期的檢查提示錯誤，從而提升代碼的安全性和健壯性。

使用泛型前后的對比

拿一個經典的例子來演示一下未使用泛型會出現的問題。

List list = new ArrayList();
list.add(1);
list.add("zhuan2quan");
list.add("程序新視界");

for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
    String value = (String) list.get(i);
    System.out.println("value=">

上述代碼在編譯器并不會報任何錯誤，但當執行時會拋出如下異常：

java.lang.ClassCastException: java.lang.Integer cannot be cast to java.lang.String

那么，是否可以在編譯器就解決這個問題，而不是在運行期拋出異常呢？泛型應運而生。上述代碼通過泛型來寫之后，變成如下形式：

List<String> list = new ArrayList<>();
list.add(1);
list.add("zhuan2quan");
list.add("程序新視界");

for (String value : list) {
    System.out.println("value=" + value);
}

可以看出，代碼變得更加清爽簡單，而且list.add(1)這行代碼在IDE中直接會提示錯誤信息：

Required type: String
Provided: int

提示錯誤信息便是泛型對向List中添加的數據產生了約束，只能是String類型。

泛型中通配符

在使用泛型時經常會看到T、E、K、V這些通配符，它們代表著什么含義呢？

本質上它們都是通配符，并沒有什么區別，換成A-Z之間的任何字母都可以。不過在開發者之間倒是有些不成文的約定：

• T (type) 表示具體的一個java類型；

• K V (key value) 分別代表java鍵值中的Key Value；

• E (element) 代表Element；

為什么Java的泛型是假泛型

為了做到向下兼容，Java中的泛型僅僅是一個語法糖，并不是C++那樣的真泛型。

還是上面的例子，在直接向泛型為String的List中添加int類型會提示錯誤：

List<String> list = new ArrayList<>();
list.add(1);

針對上述代碼，我們采用反射間接地調用add方法：

@Test
public void test3() throws NoSuchMethodException, InvocationTargetException, IllegalAccessException {
    List<Integer> list = new ArrayList<>();
    list.add(1);
    Method add = list.getClass().getMethod("add", Object.class);
    add.invoke(list,"程序新視界");
    System.out.println(list);
    System.out.println(list.get(1));
}

執行上述代碼，我們發現程序并沒有拋出異常，正常打印出入：

[1, 程序新視界]
程序新視界

原本只能裝入Integer的List，成功裝入了一個String類型的值。由此可見，所謂的泛型確實是假泛型。

同時，我們還可以通過字節碼來證明。拿上面使用了泛型的實例代碼，通過javap -c命令來看看字節碼：

Code:
       0: new           #2                  // class java/util/ArrayList
       3: dup
       4: invokespecial #3                  // Method java/util/ArrayList."<init>":()V
       7: astore_1
       8: aload_1
       9: ldc           #6                  // String zhuan2quan
      11: invokeinterface #5,  2            // InterfaceMethod java/util/List.add:(Ljava/lang/Object;)Z
      16: pop
      17: aload_1
      18: ldc           #7                  // String 程序新視界
      20: invokeinterface #5,  2            // InterfaceMethod java/util/List.add:(Ljava/lang/Object;)Z
      25: pop
      26: aload_1
      27: invokeinterface #18,  1           // InterfaceMethod java/util/List.iterator:()Ljava/util/Iterator;
      32: astore_2
      33: aload_2
      34: invokeinterface #19,  1           // InterfaceMethod java/util/Iterator.hasNext:()Z
      39: ifeq          80

從字節碼中可以看出，List.add方法本質上就是一個Object。再次證明，Java的泛型僅僅在編譯期有效，在運行期則會被擦除，也就是說所有的泛型參數類型在編譯后都會被清除掉。這就是我們經常說的類型擦除。

因此，也可以說：泛型類型在邏輯上看以看成是多個不同的類型，實際上都是相同的基本類型。

泛型的定義與使用

泛型有三類，分別為：泛型類、泛型接口、泛型方法。

在學習這三種類型的泛型使用場景之前，我們需要明確一個基本準則，那就是泛型的聲明通常都是通過<>配合大寫字母來定義的，比如<T>。只不過不同類型，聲明的位置不同，使用的方式也有所不同。

泛型類

泛型類的語法形式：

class name<T1, T2, ..., Tn> { /* ... */ }

泛型類的聲明和非泛型類的聲明類似，只是在類名后面添加了類型參數聲明部分。由尖括號（<>）分隔的類型參數部分跟在類名后面。它指定類型參數（也稱為類型變量）T1，T2，…和 Tn。一般將泛型中的類名稱為原型，而將<>指定的參數稱為類型參數。

使用示例：

// T為任意標識，比如用T、E、K、V等表示泛型
public class Foo<T> {

    // 泛化的成員變量，T的類型由外部指定
    private T info;

    // 構造方法類型為T，T的類型由外部指定
    public Foo(T info){
        this.info = info;
    }

    // 方法返回值類型為T，T的類型由外部指定
    public T getInfo() {
        return info;
    }

    public static void main(String[] args) {
        // 實例化泛型類時，必須指定T的具體類型，這里為String。
        // 傳入的實參類型需與泛型的類型參數類型相同，這里為String。
        Foo<String> foo = new Foo<>("程序新視界");
        System.out.println(foo.getInfo());
    }
}

當然，上述示例中在使用泛型類時也可以不指定實際類型，語法上支持，那么此時與未定義泛型一樣，不推薦這種方式。

Foo foo11 = new Foo(1);

比如上述寫法，也是可行的，但時區了定義泛型的意義了。

泛型接口

泛型接口的聲明與泛型類一致，泛型接口語法形式：

public interface Context<T> {
    T getContext();
}

泛型接口有兩種實現方式：子類明確聲明泛型類型和子類不明確聲明泛型類型。

先看子類明確聲明泛型類型的示例：

// 實現泛型接口時已傳入實參類型，則所有使用泛型的地方都要替換成傳入的實參類型
public class TomcatContext implements Context<String> {
    @Override
    public String getContext() {
        return "Tomcat";
    }
}

子類不明確聲明泛型類型：

// 未傳入泛型實參時，與泛型類的定義相同，在聲明類的時候，需將泛型的聲明也一起加到類中
public class SpringContext<T> implements Context<T>{
    @Override
    public T getContext() {
        return null;
    }
}

當然，還有一種情況，就是我們把定義為泛型的類像前面講的一樣當做普通類使用。

上面的示例中泛型參數都是一個，當然也可以指定兩個或多個：

public interface GenericInterfaceSeveralTypes< T, R > {
    R performAction( final T action );
}

多個泛型參數可以用逗號（,）進行分割。

泛型方法

泛型類是在實例化類時指明泛型的具體類型；泛型方法是在調用方法時指明泛型的具體類型。泛型方法可以是普通方法、靜態方法、抽象方法、final修飾的方法以及構造方法。

泛型方法語法形式如下：

public <T> T func(T obj) {}

尖括號內為類型參數列表，位于方法返回值T或void關鍵字之前。尖括號內定義的T，可以用在方法的任何地方，比如參數、方法內和返回值。

protected abstract<T, R> R performAction( final T action );
 
static<T, R> R performActionOn( final Collection< T > action ) {
    final R result = ...;
    // Implementation here
    return result;
}

上述實例中可以看出泛型方法同樣可以定義多個泛型類型。

再看一個示例代碼：

public class GenericsMethodDemo1 {

    //1、public與返回值中間<T>，聲明此方法的泛型類型。
    //2、只有聲明了<T>的方法才是泛型方法，泛型類中的使用了泛型的成員方法并不是泛型方法。
    //3、<T>表明該方法將使用泛型類型T，此時才可以在方法中使用泛型類型T。
    //4、T可以為任意標識，如T、E、K、V等。
    public static <T> T printClass(T obj) {
        System.out.println(obj);
        return obj;
    }

    public static void main(String[] args) {
        printClass("abc");
        printClass(123);
    }
}

需要注意的是，泛型方法與類是否是泛型無關。另外，靜態方法無法訪問類上定義的泛型；如果靜態方法操作的引用數據類型不確定的時候，必須要將泛型定義在方法上。

上述示例中如果GenericsMethodDemo1定義為GenericsMethodDemo1<T>，則printClass方法是無法直接使用到類上的T的，只能像上面代碼那樣訪問自身定義的T。

泛型方法與普通方法區別

下面，我們對比一下泛型方法和非泛型方法的區別：

// 方法一
public T getKey(){
    return key;
}

// 方法二
public <T> T showKeyName(T t){
    return t;
}

其中方法一雖然使用了T這個泛型聲明，但它用的是泛型類中定義的變量，因此這個方法并不是泛型方法。而像方法二中通過兩個尖括號聲明了T，這個才是真正的泛型方法。

對于方法二，還有一種情況，那就是類中也聲明了T，那么該方法參數的T指的只是此方法的T，而并不是類的T。

泛型方法與可變參數

@SafeVarargs
public final <T> void print(T... args){
	for(T t : args){
		System.out.println("t=" + t);
	}
}

public static void main(String[] args) {
	GenericDemo2 demo2 = new GenericDemo2();
	demo2.print("abc",123);
}

print方法打印出可變參數args中的結果，而且可變參數可以傳遞不同的具體類型。

打印結果：

t=abc
t=123

關于泛型方法總結一下就是：如果能使用泛型方法盡量使用泛型方法，這樣能將泛型所需到最需要的范圍內。如果使用泛型類，則整個類都進行了泛化處理。

泛型通配符

類型通配符一般是使用?代替具體的類型實參（此處是類型實參，而不是類型形參）。當操作類型時不需要使用類型的具體功能時，只使用Object類中的功能，那么可以用?通配符來表未知類型。例如List<?>在邏輯上是List<String>、List<Integer>等所有List<具體類型實參>的父類。

/**
 * 在使用List<Number>作為形參的方法中，不能使用List<Ingeter>的實例傳入，
 * 也就是說不能把List<Integer>看作為List<Number>的子類；
 */
public static void getNumberData(List<Number> data) {
    System.out.println("data :" + data.get(0));
}

/**
 * 在使用List<String>作為形參的方法中，不能使用List<Number>的實例傳入;
 */
public static void getStringData(List<String> data) {
    System.out.println("data :" + data.get(0));
}

/**
 * 使用類型通配符可以表示同時是List<Integer>和List<Number>、List<String>的引用類型。
 * 類型通配符一般是使用?代替具體的類型實參，注意此處是類型實參；
 * 和Number、String、Integer一樣都是一種實際的類型，可以把？看成所有類型的父類。
 */
public static void getData(List<?> data) {
    System.out.println("data :" + data.get(0));
}

上述三個方法中，getNumberData只能傳遞List<Number>類型的參數，getStringData只能傳遞List<String>類型的參數。如果它們都只使用了Object類的功能，則可以通過getData方法的形式進行聲明，則同時支持各種類型。

上述這種類型的通配符也稱作無界通配符，有兩種應用場景：

• 可以使用Object類中提供的功能來實現的方法。

• 使用不依賴于類型參數的泛型類中的方法。

在getData中使用了？作為通配符，但在某些場景下，需要對泛型類型實參進行上下邊界的限制。如：類型實參只準傳入某種類型的父類或某種類型的子類。

上界通配符示例如下：

/**
 * 類型通配符上限通過形如List來定義，如此定義就是通配符泛型值接受Number及其下層子類類型。
 */
public static void getUperNumber(List<? extends Number> data) {
    System.out.println("data :" + data.get(0));
}

通過extends限制了通配符的上邊界，也就是只接受Number及其子類類型。接口的實現和類的集成都可以通過extends來表示。

而這里的Number也可以替換為T，表示該通配符所代表的類型是T類型的子類。

public static void getData(List<? extends T> data) {
    System.out.println("data :" + data.get(0));
}

與上界通配符示對照也有下界通配符：

public static void getData(List<? super Integer> data) {
    System.out.println("data :" + data.get(0));
}

下界通配符表示該通配符所代表的類型是T類型的父類。

泛型的限制

原始類型（比如：int,long,byte等）無法用于泛型，在使用的過程中需要通過它們的包裝類（比如：Integer, Long, Byte等）來替代。

final List< Long > longs = new ArrayList<>();
final Set< Integer > integers = new HashSet<>();

當然，在使用的過程中會涉及到自動拆箱和自動裝箱的操作：

final List< Long > longs = new ArrayList<>();
longs.add( 0L ); // 'long' 包裝為 'Long'
 
long value = longs.get( 0 ); // 'Long'解包'long'

泛型的類型推斷

當引入泛型之后，每處用到泛型的地方都需要開發人員加入對應的泛型類型，比如：

final Map<String, Collection<String>> map =
    new HashMap<String, Collection<String>>();
 
for(final Map.Entry< String, Collection<String> > entry: map.entrySet()) {
}

為了解決上述問題，在Java7中引入了運算符<>，編譯器可以推斷出該運算符所代表的原始類型。

因此，Java7及以后，泛型對象的創建變為如下形式：

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

到此，相信大家對“Java泛型如何使用”有了更深的了解，不妨來實際操作一番吧！這里是億速云網站，更多相關內容可以進入相關頻道進行查詢，關注我們，繼續學習！