Java泛型详解

泛型的理解
泛型的概念
所谓泛型，就是允许在定义类、接口时通过一个标识表示类中某个属性的类型 或者是 某个方法的返回值类型及参数类型。这个类型参数将在使用时（例如，继承或实现这个接口，用这个类型声明变量、创建对象时）确定（即传入实际的类型参数，也称为类型实参）。

泛型的本质是为了参数化类型（在不创建新的类型的情况下，通过泛型指定的不同类型来控制形参具体限制的类型）。也就是说在泛型使用过程中，操作的数据类型被指定为一个参数，这种参数类型可以用在类、接口和方法中，分别被称为泛型类、泛型接口、泛型方法

泛型的引入背景
集合容器类在设计阶段/声明阶段不能确定这个容器到底实际存的是什么类型的对象，所以在JDK1.5之前只能把元素类型设计为Object，JDK1.5之后使用泛型来解决。因为这个时候除了元素的类型不确定，其他的部分是确定的，例如关于这个元素如何保存，如何管理等是确定的，因此此时把元素的类型设计成一个参数，这个类型参数叫做泛型。Collection，List，ArrayList 这个就是类型参数，即泛型。

2.1 类型安全
​ 泛型的主要目标是提高Java程序的类型安全。通过知道使用泛型定义的变量的类型限制，编译器可以在非常高的层次上验证类型假设。通过在变量声明中捕获这一附加的类型信息，泛型允许编译器实施这些附加的类型约束。类型错误就可以在编译时被捕获了，而不是在运行时当作ClassCastException展示出来。将类型检查从运行时挪到编译时有助于Java开发人员更早、更容易地找到错误，并可提高程序的可靠性。

//没有泛型的情况
public static void main(String[] args) {ArrayList list = new ArrayList<>();list.add("11");list.add(123);//编译正常
}//有泛型的情况
public static void main(String[] args) {List<String> list = new ArrayList<>();list.add("11");list.add(123);//编译报错
}

2.2 消除强制类型转换
泛型的一个附带好处是，消除源代码中的许多强制类型转换

//没有泛型的代码段需要强制转换
public static void main(String[] args) {List list = new ArrayList();list.add(123);Integer integer = (Integer) list.get(0);
}//有泛型的代码段不需要强制转换
public static void main(String[] args) {List<Integer> list = new ArrayList<Integer>();list.add(1);int s = list.get(0);
}

2.3 更高的运行效率
**​ 避免了不必要的装箱、拆箱操作，提高程序的性能。**在非泛型编程中，将简单类型作为Object传递时会引起Boxing（装箱）和Unboxing（拆箱）操作，这两个过程都是具有很大开销的。引入泛型后，就不必进行Boxing和Unboxing操作了，所以运行效率相对较高，特别在对集合操作非常频繁的系统中，这个特点带来的性能提升更加明显。

//没有使用泛型
public static void main(String[] args) {//由于是object类型，会自动进行装箱操作。Object a = 1;//强制转换，拆箱操作。这样一去一来，当次数多了以后会影响程序的运行效率。int b = (int) a;
}//使用了泛型

潜在的性能收益

​ 提高了代码的重用性，泛型的程序设计，意味着编写的代码可以被很多不同类型的对象所重用

3. 泛型的使用
   泛型的三种使用方式：泛型类，泛型方法，泛型接口

一般泛型有约定的符号：E 代表 Element， 通常在集合中使用；T 代表 Type，通常用于表示类；K 代表 Key，V 代表 Value，<K, V> 通常用于键值对的表示；? 代表泛型通配符。

泛型的表达式有如下几种：

普通符号 <T>无边界通配符 <?>上界通配符 <? extends E> 父类是 E下界通配符 <? super E> 是 E 的父类

泛型只在编译阶段有效

泛型类
当泛型用在类和接口时，就被称为泛型类、泛型接口。这个最典型的运用就是各种集合类和接口，比如，List、ArrayList 等等。

那么，我们泛型怎么用在类上面呢？

首先，定义一个泛型类。

public class IdGen<T> {protected T id;public Generic(T id) {this.id = id;}
}

IdGen 是一个 id 生成类。第一行代码中， 是泛型标识，代表你定义了一个类型变量 T。第二行代码，我使用这个类型变量，把 id 定义成一个泛型。

然后，在实例化、继承的的时候，指定具体的类型。

public class IdGen<T> {// ..省略部分代码// 通过继承，确定泛型变量static class User extends IdGen<Integer> {public User(Integer id) {super(id);}}public static void main(String[] args) {// 通过实例化，确定泛型变量IdGen idGen = new IdGen<String>("1");System.out.println(idGen);User user = new User(1);System.out.println(user);}
}

用户类继承了 IdGen，在代码extends IdGen中，指定了 Integer 作为 id 的具体类型；而 IdGen 实例化的时候，在代码new IdGen(“1”)中，则指定了 String 作为 id 的具体类型。

泛型方法
泛型不仅能用在类和接口上，还可以用在方法上。

比如，怎么把一个类的成员变量转换成 Map 集合呢？

这时候，我们可以写一个泛型方法。

public class Generic {public static <T> Map obj2Map(T obj) throws Exception {Map map = new HashMap<>();// 获取所有字段：通过 getClass() 方法获取 Class 对象，然后获取这个类所有字段Field[] fields = obj.getClass().getDeclaredFields();for (Field field : fields) {// 开放字段操作权限field.setAccessible(true);// 设置值map.put(field.getName(), field.get(obj));}return map;}
}

同样的， 是泛型标识，代表你定义了一个类型变量 T，用在这个方法上。T obj 使用类型变量 T，定义一个 obj 参数。最后，在调用方法的的时候，再确定具体的类型。

泛型通配符
泛型通配符用 ? 表示，代表不确定的类型，是泛型的一个重要组成。

有一点很多文章都没提到，大家一定要记住！！！

使用泛型有三个步骤：定义类型变量、使用类型变量、确定类型变量。在第三步，确定类型变量的时候，如果你没法明确类型变量，这时候可以用泛型通配符。

一般情况下，我们不需要用到泛型通配符，因为你能明确地知道类型变量，你看下面代码。

public class Application {public static Integer count(List<Integer> list) {int total = 0;for (Integer number : list) {total += number;}list.add(total);return total;}public static void main(String[] args) {// 不传指定数据，编译报错List<String> strList = Arrays.asList("0", "1", "2");int totalNum = count(strList);// 绕过了编译，运行报错List strList1 = Arrays.asList("0", "1", "2");totalNum = count(strList1);}
}

你非常清楚 count() 方法是干什么的，所以你在写代码的时候，直接就能指明这是一个 Integer 集合。这样一来，在调用方法的时候，如果不传指定的数据进来，就没法通过编译。退一万步讲，即使你绕过了编译这一关，程序也很可能没法运行。

所以，如果你非常清楚自己要干什么，可以很明确地知道类型变量，那没必要用泛型通配符。

然而，在一些通用方法中，什么类型的数据都能传进来，你没法确认类型变量，这时候该怎么办呢？

你可以使用泛型通配符，这样就不用确认类型变量，从而实现一些通用算法。

比如，你要写一个通用方法，把传入的 List 集合输出到控制台，那么就可以这样做。

public class Application {public static void print(List<?> list) {for (int i = 0; i < list.size(); i++) {System.out.println(list.get(i));}}public static void main(String[] args) {// Integer 集合，可以运行List<Integer> intList = Arrays.asList(0, 1, 2);print(intList);// String 集合，可以运行List<String> strList = Arrays.asList("0", "1", "2");print(strList);}
}

List<?> list 代表我不确定 List 集合装的是什么类型，有可能是 Integer，有可能是 String，还可能是别的东西。但我不管这些，你只要传一个 List 集合进来，这个方法就能正常运行。

这就是泛型通配符。此外，有些算法虽然也是通用的，但适用范围不那么大。比如，用户分为：普通用户、商家用户，但用户有一些特殊功能，其它角色都没有。这时候，又该怎么办呢？

你可以给泛型通配符设定边界，以此限定类型变量的范围。

泛型通配符的上边界
上边界，代表类型变量的范围有限，只能传入某种类型，或者它的子类。
你看下这幅图就明白了。

利用 <? extends 类名> 的方式，可以设定泛型通配符的上边界。你看下这个例子就明白了。

public class TopLine {public static void print(List<? extends Number> list) {for (int i = 0; i < list.size(); i++) {System.out.println(list.get(i));}}public static void main(String[] args) {// Integer 是 Number 的子类，可以调用 print 方法print(new ArrayList<Integer>());// String 不是 Number 的子类，没法调用 print 方法print(new ArrayList<String>());}}

你想调用 print() 方法中，那么你可以传入 Integer 集合，因为 Integer 是 Number 的子类。但 String 不是 Number 的子类，所以你没法传入 String 集合。

泛型通配符的下边界
下边界，代表类型变量的范围有限，只能传入某种类型，或者它的父类。你看下这幅图就明白了。

利用 <? super 类名> 的方式，可以设定泛型通配符的上边界。你看下这个例子就明白了。

public class LowLine {public static void print(List<? super Integer> list) {for (int i = 0; i < list.size(); i++) {System.out.println(list.get(i));}}public static void main(String[] args) {// Number 是 Integer 的父类，可以调用 print 方法print(new ArrayList<Number>());// Long 不是 Integer 的父类，没法调用 print 方法// print(new ArrayList<String>());}
}

你想调用 print() 方法中，那么可以传入 Number 集合，因为 Number 是 Integer 的父类。但 Long 不是 Integer 的父类，所以你没法传入 Long 集合。

泛型是一种特殊的类型，你可以把泛型用在类、接口、方法上，从而实现一些通用算法。

此外，使用泛型有三个步骤：定义类型变量、使用类型变量、确定类型变量。

在确定类型变量这一步中，你可以用泛型通配符来限制泛型的范围，从而实现一些特殊算法。