1. 引言

jdk5.0中引入了Java泛型，目的是減少錯誤，并在類型上添加額外的抽象層。
本文將簡要介紹Java中的泛型、泛型背后的目標(biāo)以及如何使用泛型來提高代碼的質(zhì)量。

2. 為什么要用泛型？

設(shè)想一個場景，我們希望用Java創(chuàng)建一個列表來存儲Integer；代碼可能會寫成這樣：

List list = new LinkedList();
list.add(new Integer(1)); 
Integer i = list.iterator().next();

令人驚訝的是，編譯器會提示最后一行。它不知道返回的數(shù)據(jù)類型是什么。因此，編譯器提示需要進行顯式轉(zhuǎn)換：

Integer i = (Integer) list.iterator.next();

沒有任何約定可以保證列表的返回類型是整數(shù)。定義的列表可以包含任何對象。我們只知道我們是通過檢查上下文來檢索列表的。在查看類型時，它只能保證它是一個Object，因此需要顯式轉(zhuǎn)換來確保類型是安全的。

這種轉(zhuǎn)換可能會令人感到聒噪，我們明明知道這個列表中的數(shù)據(jù)類型是整數(shù)。轉(zhuǎn)換的話，也把我們的代碼搞得亂七八糟。如果程序員在顯式轉(zhuǎn)換中出錯，則可能會導(dǎo)致拋出與 類型相關(guān)的運行時錯誤 。

如果程序員能夠表達他們使用特定類型的意圖，并且編譯器能夠確保這種類型的正確性，那么這將更加容易。

這就是泛型背后的核心思想。

我們將前面代碼段的第一行修改為：

List<Integer> list = new LinkedList<>();

通過添加包含類型的菱形運算符<>，我們將此列表的特化范圍縮小到 Integer 類型，即指定將保存在列表中的類型。編譯器可以在編譯時強制執(zhí)行該類型。

在較小的程序中，這看起來像是一個微不足道的添加。但是在較大的程序中，這可以增加顯著的健壯性并使程序更易于閱讀。

3. 泛型方法

泛型方法是用單個方法聲明編寫的方法，可以用不同類型的參數(shù)調(diào)用。編譯器將確保所用類型的正確性。以下是泛型方法的一些屬性：

• 泛型方法在方法聲明的返回類型之前有一個類型參數(shù)（包裹類型的菱形運算符）

• 類型參數(shù)可以有界（邊界將在本文后面解釋）

• 泛型方法可以具有不同的類型參數(shù)，這些參數(shù)在方法簽名中用逗號分隔

• 泛型方法的方法體與普通方法一樣

定義將數(shù)組轉(zhuǎn)換為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，方法聲明中的<T>表示該方法將處理泛型類型 T。即使方法返回的是void，也需要這樣做。
如上所述，方法可以處理多個泛型類型，在這種情況下，所有泛型類型都必須添加到方法聲明中，例如，如果我們要修改上面的方法來處理類型 T 和類型 G ，應(yīng)該這樣寫：

public static <T, G> List<G> fromArrayToList(T[] a, Function<T, G> mapperFunction) {
    return Arrays.stream(a)
      .map(mapperFunction)
      .collect(Collectors.toList());
}

我們正在傳遞一個函數(shù)，該函數(shù)將具有T類型元素的數(shù)組轉(zhuǎn)換為包含G類型元素的列表。例如，將 Integer 轉(zhuǎn)換為其 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建議使用大寫字母表示泛型類型，并選擇更具描述性的字母來表示形式類型，例如在Java集合中，T 用于類型，K 表示鍵，V 表示值。

3.1.泛型邊界

如前所述，類型參數(shù)可以是有界的。有界意味著“限制”，我們可以限制方法可以接受的類型。

例如，可以指定一個方法接受一個類型及其所有子類（上限）或一個類型所有它的超類（下限）。

要聲明上界類型，我們在類型后面使用關(guān)鍵字extends，后跟要使用的上限。例如：

public <T extends Number> List<T> fromArrayToList(T[] a) {
    ...
}

這里使用關(guān)鍵字extends表示類型 T 擴展類的上限，或者實現(xiàn)接口的上限。

3.2. 多個邊界

類型還可以有多個上界，如下所示：

<T extends Number & Comparable>

如果 T 擴展的類型之一是類（即Number），則必須將其放在邊界列表的第一位。否則，將導(dǎo)致編譯時錯誤。

4. 使用通配符

通配符在Java中用問號“？“ 表示，它們是用來指一種未知的類型。通配符在使用泛型時特別有用，可以用作參數(shù)類型，但首先要考慮的是一個重要的注釋。

眾所周知，Object是所有Java類的超類型，但是，Object的集合不是任何集合的超類型。（可能有點繞，大家好好細品一下）

例如，List<Object>不是 List<String>的超類型，將List<Object>類型的變量賦值給List<String>類型的變量將導(dǎo)致編譯器錯誤。

這是為了防止在將異構(gòu)類型添加到同一集合時可能發(fā)生的沖突。

相同的規(guī)則適用于類型及其子類型的任何集合?？纯催@個例子：

public static void paintAllBuildings(List<Building> buildings) {
    buildings.forEach(Building::paint);
}

如果我們設(shè)想一個子類型Building，實例House，那么我們不能將此方法與House列表一起使用，即使House是Building的子類型。如果需要將此方法與類型構(gòu)建及其所有子類型一起使用，則有界通配符可以實現(xiàn)以下功能：

public static void paintAllBuildings(List<? extends Building> buildings) {
    ...
}

現(xiàn)在，這個方法可以處理Building類型及其所有子類型。這稱為上界通配符，其中類型Building是上界。

通配符也可以使用下限指定，其中未知類型必須是指定類型的超類型?？梢允褂?em>super關(guān)鍵字后跟特定類型來指定下限，例如，<? super T>表示未知類型，它是 T（=T及其所有父類）的超類。

5. 類型擦除

泛型被添加到Java中以確保類型安全，并確保泛型不會在運行時造成開銷，編譯器在編譯時對泛型應(yīng)用一個名為type erasure的進程。

類型擦除刪除所有類型參數(shù)，并將其替換為它們的邊界，如果類型參數(shù)是無界的，則替換為Object。因此，編譯后的字節(jié)碼只包含普通的類、接口和方法，從而確保不會生成新的類型。在編譯時對Object類型也應(yīng)用了正確的強制轉(zhuǎn)換。
以下是類型擦除的一個示例：

public <T> List<T> genericMethod(List<T> list) {
    return list.stream().collect(Collectors.toList());
}

使用類型擦除，無界類型T將替換為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());
}

如果類型是有界的，則在編譯時該類型將替換為綁定：

public <T extends Building> void genericMethod(T t) {
    ...
}

編譯后會發(fā)生變化：

public void genericMethod(Building t) {
    ...
}

6. 泛型和原始數(shù)據(jù)類型

Java中泛型的一個限制是類型參數(shù)不能是基本類型

例如，以下內(nèi)容無法編譯：

List<int> list = new ArrayList<>();
list.add(17);

為了理解原始數(shù)據(jù)類型為什么不起作用，只需記住 泛型是編譯時特性，這意味著類型將會被擦除，所有泛型類型都實現(xiàn)為 Object 類。
舉一個例子，讓我們看看列表的 add 方法：

List<Integer> list = new ArrayList<>();
list.add(17);

add 方法的聲明如下：

boolean add(E e);

并將被編譯為：

boolean add(Object e);

因此，類型參數(shù)必須可轉(zhuǎn)換為Object。由于基本類型不繼承自 Object，所以不能將它們用作類型參數(shù)
但是，Java為它們提供了裝箱類型，以及自動裝箱和自動拆箱：

Integer a = 17;
int b = a;

因此，如果我們想創(chuàng)建一個可以保存整數(shù)的列表，我們可以使用包裝器：

List<Integer> list = new ArrayList<>();
list.add(17);
int first = list.get(0);

編譯后的代碼相當(dāng)于：

List list = new ArrayList<>();
list.add(Integer.valueOf(17));
int first = ((Integer) list.get(0)).intValue();

Java的未來版本可能允許泛型使用原始數(shù)據(jù)類型。Valhalla 工程旨在改進處理泛型的方式。其思想是實現(xiàn)JEP 218中描述的泛型專門化.

**7. 總結(jié) **

Java泛型是對Java語言的一個強大的補充，因為它使程序員的工作更容易，也更不容易出錯。泛型在編譯時強制執(zhí)行類型正確性，并且，最重要的是，能夠?qū)崿F(xiàn)泛型算法，而不會給我們的應(yīng)用程序帶來任何額外的開銷。

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