Java泛型知識

Java 泛型（generics）是 JDK 5 中引入的一個新特性, 泛型提供了編譯時類型安全檢測機制，該機制允許程序員在編譯時檢測到非法的類型。

一、什麼是泛型

Java 泛型(generics)是 JDK 5 中引入的一個新特性, 泛型提供了編譯時類型安全檢測機制，該機制允許程序員在編譯時檢測到非法的類型。

簡單理解就是：泛型指定編譯時的類型，減少運行時由於對象類型不匹配引發的異常。其主要用途是提高我們的代碼的複用率。

我們Java標準庫中的ArrayList就是泛型使用的典型應用：

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; 
    } 
 
}

1. 源碼中，ArrayList中的E稱爲類型參數變量，而整個ArrayList我們稱爲泛型類型。 我們可以指定除基本類型之外的任何類型，如：ArrayList。

1. 源碼中Collection 中? 通配符類型 表示類型的上界，表示參數化類型的可能是T 或是 T的子類。

1. 源碼中Comparator 表示類型下界(Java Core中叫超類型限定)，表示參數化類型是此類型的超類型(父類型)，直至Object。

二、extends和super通配符

在定義泛型類型Generic的時候，也可以使用extends通配符來限定T的類型：

public class Generic { ... }

現在，我們只能定義：

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

因爲Number、Integer和Double都符合。

非Number類型將無法通過編譯：

Generic p1 = null; // compile error! 
Generic p2 = null; // compile error!

因爲String、Object都不符合，因爲它們不是Number類型或Number的子類。

我們看一個例子：

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(); 
 
        //無法安全添加任何具有實際意義的元素,報錯,extends爲上界通配符,只能取值,不能放. 
        //因爲Fruit的子類不只有Apple還有Orange,這裏不能確定具體的泛型到底是Apple還是Orange，所以放入任何一種類型都會報錯 
 
        //list.add(new Apple()); 
        //list.add(new Orange()); 
 
        //可以添加null，因爲null可以表示任何類型 
        list.add(null); 
 
        //可以正常獲取，用java多態 
        Food foot = list.get(0); 
        Apple apple = (Apple) list.get(0); 
    } 
 
    public void testSuper() { 
        List list = new ArrayList(); 
 
        //super爲下界通配符，可以存放元素，但是也只能存放當前類或者子類的實例，以當前的例子來講， 
        list.add(new Fruit()); 
        list.add(new Apple()); 
 
        //無法確定Fruit的父類是否只有Food一個(Object是超級父類) 
        //因此放入Food的實例編譯不通過，只能放自己的實例 或者根據java多態的特性放子類實例 
        //list.add(new Food()); 
        //List list2 = new ArrayList(); 
        //Fruit fruit = list.get(0); //不能確定返回類型 
 
    } 
 
}

在testExtend方法中，因爲泛型中用的是extends，在向list中存放元素的時候，我們並不能確定List中的元素的具體類型，即可能是Apple也可能是Orange。因此調用add方法時，不論傳入new Apple()還是new Orange()，都會出現編譯錯誤。

理解了extends之後，再看super就很容易理解了，即我們不能確定testSuper方法的參數中的泛型是Fruit的哪個父類，因此在調用get方法時只能返回Object類型。結合extends可見，在獲取泛型元素時，使用extends獲取到的是泛型中的上邊界的類型(本例子中爲Fruit),範圍更小。

總結：

1. 在使用泛型時，存取元素時用super。

1. 獲取元素時，用extends。

有了上面的結論我們看下Java標準庫的Collections類定義的copy()方法，這個copy()方法的定義就完美地展示了extends和super的意圖：

1. copy()方法內部不會讀取dest，因爲不能調用dest.get()來獲取T的引用;

1. copy()方法內部也不會修改src，因爲不能調用src.add(T)。

public class Collections { 
    // 把src的每個元素複製到dest中: 
    public static  void copy(List dest, List src) { 
        for (int i=0; i

三、泛型擦除

Java的泛型是僞泛型，這是因爲Java在編譯期間，所有的泛型信息都會被擦掉，正確理解泛型概念的首要前提是理解類型擦除。Java的泛型基本上都是在編譯器這個層次上實現的，在生成的字節碼中是不包含泛型中的類型信息的，使用泛型的時候加上類型參數，在編譯器編譯的時候會去掉，這個過程成爲類型擦除

我們看一個示例：

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()); 
    } 
 
}

上的代碼運行會提示如下異常：

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)

異常原因主要是這句：new Gson().fromJson(str, new TypeToken() {}.getType());

這句在實際執行的時候，List中的T並未傳入實際的泛型參數，導致Gson按照LinkedTreeMap來解析JSON，以致發生了錯誤;這就是一個在編譯期泛型類型擦除所導致的問題;

解決這個問題我們需要修改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解決泛型運行時類型擦除問題，TypeToken 這個類來幫助我們捕獲像Map這樣的泛型信息。上文創建了一個匿名內部類，這樣Java編譯器就會把泛型信息編譯到這個匿名內部類裏，然後在運行時就可以被getType()方法用反射API提取到。

 

本文地址：https://www.linuxprobe.com/java-generics-knowledge.html