1. 引言
jdk5.0中引入了Java泛型，目的是减少错误，并在类型上添加额外的抽象层。本文将简要介绍Java中的泛型、泛型背后的目标以及如何使用泛型来提高代码的质量。
2. 为什么要用泛型?
设想一个场景，我们希望用Java创建一个列表来存储Integer;代码可能会写成这样：
- List list = new LinkedList();
- list.add(new Integer(1));
- Integer i = list.iterator().next();
令人惊讶的是，编译器会提示最后一行。它不知道返回的数据类型是什么。因此，编译器提示需要进行显式转换：
- Integer i = (Integer) list.iterator.next();
没有任何约定可以保证列表的返回类型是整数。定义的列表可以包含任何对象。我们只知道我们是通过检查上下文来检索列表的。在查看类型时，它只能保证它是一个Object，因此需要显式转换来确保类型是安全的。
这种转换可能会令人感到聒噪，我们明明知道这个列表中的数据类型是整数。转换的话，也把我们的代码搞得乱七八糟。如果程序员在显式转换中出错，则可能会导致抛出与 类型相关的运行时错误 。
如果程序员能够表达他们使用特定类型的意图，并且编译器能够确保这种类型的正确性，那么这将更加容易。
这就是泛型背后的核心思想。
我们将前面代码段的第一行修改为：
- List<Integer> list = new LinkedList<>();
通过添加包含类型的菱形运算符<>，我们将此列表的特化范围缩小到 Integer 类型，即指定将保存在列表中的类型。编译器可以在编译时强制执行该类型。
在较小的程序中，这看起来像是一个微不足道的添加。但是在较大的程序中，这可以增加显著的健壮性并使程序更易于阅读。
3. 泛型方法
泛型方法是用单个方法声明编写的方法，可以用不同类型的参数调用。编译器将确保所用类型的正确性。以下是泛型方法的一些属性：
- 泛型方法在方法声明的返回类型之前有一个类型参数(包裹类型的菱形运算符)
- 类型参数可以有界(边界将在本文后面解释)
- 泛型方法可以具有不同的类型参数，这些参数在方法签名中用逗号分隔
- 泛型方法的方法体与普通方法一样
定义将数组转换为列表的泛型方法的示例：
- public <T> List<T> fromArrayToList(T[] a) {
- return Arrays.stream(a).collect(Collectors.toList());
- }
在前面的示例中，方法声明中的
- public static <T, G> List<G> fromArrayToList(T[] a, Function<T, G> mapperFunction) {
- return Arrays.stream(a)
- .map(mapperFunction)
- .collect(Collectors.toList());
- }
我们正在传递一个函数，该函数将具有T类型元素的数组转换为包含G类型元素的列表。例如，将 Integer 转换为其 String 表示形式：
- @Test
- public void givenArrayOfIntegers_thanListOfStringReturnedOK() {
- Integer[] intArray = {1, 2, 3, 4, 5};
- List<String> stringList
- = Generics.fromArrayToList(intArray, Object::toString);
- assertThat(stringList, hasItems("1", "2", "3", "4", "5"));
- }
Oracle建议使用大写字母表示泛型类型，并选择更具描述性的字母来表示形式类型，例如在Java集合中，T 用于类型，K 表示键，V 表示值。
3.1.泛型边界
如前所述，类型参数可以是有界的。有界意味着“限制”，我们可以限制方法可以接受的类型。
例如，可以指定一个方法接受一个类型及其所有子类(上限)或一个类型所有它的超类(下限)。
要声明上界类型，我们在类型后面使用关键字extends，后跟要使用的上限。例如：
- public <T extends Number> List<T> fromArrayToList(T[] a) {
- ...
- }
这里使用关键字extends表示类型 T 扩展类的上限，或者实现接口的上限。
3.2. 多个边界
类型还可以有多个上界，如下所示：
如果 T 扩展的类型之一是类(即Number)，则必须将其放在边界列表的第一位。否则，将导致编译时错误。
4. 使用通配符
通配符在Java中用问号“?“ 表示，它们是用来指一种未知的类型。通配符在使用泛型时特别有用，可以用作参数类型，但首先要考虑的是一个重要的注释。
众所周知，Object是所有Java类的超类型，但是，Object的集合不是任何集合的超类型。(可能有点绕，大家好好细品一下)
例如，List 不是 List
这是为了防止在将异构类型添加到同一集合时可能发生的冲突。
相同的规则适用于类型及其子类型的任何集合。看看这个例子：
- public static void paintAllBuildings(List<Building> buildings) {
- buildings.forEach(Building::paint);
- }
如果我们设想一个子类型Building，实例House，那么我们不能将此方法与House列表一起使用，即使House是Building的子类型。如果需要将此方法与类型构建及其所有子类型一起使用，则有界通配符可以实现以下功能：
- public static void paintAllBuildings(List<? extends Building> buildings) {
- ...
- }
现在，这个方法可以处理Building类型及其所有子类型。这称为上界通配符，其中类型Building是上界。
通配符也可以使用下限指定，其中未知类型必须是指定类型的超类型。可以使用super关键字后跟特定类型来指定下限，例如，表示未知类型，它是 T(=T及其所有父类)的超类。
5. 类型擦除
泛型被添加到Java中以确保类型安全，并确保泛型不会在运行时造成开销，编译器在编译时对泛型应用一个名为type erasure的进程。
类型擦除删除所有类型参数，并将其替换为它们的边界，如果类型参数是无界的，则替换为Object。因此，编译后的字节码只包含普通的类、接口和方法，从而确保不会生成新的类型。在编译时对Object类型也应用了正确的强制转换。以下是类型擦除的一个示例：
- public <T> List<T> genericMethod(List<T> list) {
- return list.stream().collect(Collectors.toList());
- }
使用类型擦除，无界类型T将替换为Object，如下所示：
- // for illustration
- public List<Object> withErasure(List<Object> list) {
- return list.stream().collect(Collectors.toList());
- }
- // which in practice results in
- public List withErasure(List list) {
- return list.stream().collect(Collectors.toList());
- }
如果类型是有界的，则在编译时该类型将替换为绑定：
- public <T extends Building> void genericMethod(T t) {
- ...
- }
编译后会发生变化：
- public void genericMethod(Building t) {
- ...
- }
6. 泛型和原始数据类型
Java中泛型的一个限制是类型参数不能是基本类型
例如，以下内容无法编译：
- List<int> list = new ArrayList<>();
- list.add(17);
为了理解原始数据类型为什么不起作用，只需记住 泛型是编译时特性，这意味着类型将会被擦除，所有泛型类型都实现为 Object 类。举一个例子，让我们看看列表的 add 方法：
- List<Integer> list = new ArrayList<>();
- list.add(17);
add 方法的声明如下：
- boolean add(E e);
并将被编译为：
- boolean add(Object e);
因此，类型参数必须可转换为Object。由于基本类型不继承自 Object，所以不能将它们用作类型参数 但是，Java为它们提供了装箱类型，以及自动装箱和自动拆箱：
- Integer a = 17;
- int b = a;
因此，如果我们想创建一个可以保存整数的列表，我们可以使用包装器：
- List<Integer> list = new ArrayList<>();
- list.add(17);
- int first = list.get(0);
编译后的代码相当于：
- List list = new ArrayList<>();
- list.add(Integer.valueOf(17));
- int first = ((Integer) list.get(0)).intValue();
Java的未来版本可能允许泛型使用原始数据类型。Valhalla 工程旨在改进处理泛型的方式。其思想是实现JEP 218中描述的泛型专门化.
7. 总结
Java泛型是对Java语言的一个强大的补充，因为它使程序员的工作更容易，也更不容易出错。泛型在编译时强制执行类型正确性，并且，最重要的是，能够实现泛型算法，而不会给我们的应用程序带来任何额外的开销。
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