[Java]Java中的泛型你了解多少

泛型

Java5之后加入了泛型,它让数据类型变得参数化,这可能使开发者编写出更加通用的代码模块进行复用。Java中的Collection体系就使用泛型进行了重构。

示例

  • 没有泛型之前,Java这么写会在运行时报错
        List list = new LinkedList();
        list.add("words");
        list.add(1);
        list.forEach(l-> System.out.println((String)l));

可以看到,不仅取值的时候需要进行强转,而且一个原生类型List中存放了一个String和一个Integer,当在遍历输出列表的时候,强制"1"这个数字为String时出错了:
Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: java.lang.Integer cannot be cast to java.lang.String at Generics.lambda$main$0(Generics.java:15) at java.lang.Iterable.forEach(Iterable.java:75) at Generics.main(Generics.java:15)

  • 为此,Java提供了泛型,你可以在创建对象的时候使用<>来指定类型参数。拥有泛型之后,我们可以指定List的数据类型,一来可以提升了代码的可读性,让人一看就知道这个数组列表中包含的是什么对象,二来可以让代码在编译器就检查出参数不合法。
    check.png

泛型类

这里以一个微服务中常用的RestResult定义来展示

@Data
public class RestResult<T> {
    private Integer code;
    private String msg;
    private T data;
}

泛型方法

    /**
     * 给定一个数组,返回数组中的最小值
     *
     * @param array
     * @param <T>   传入的T对象必须实现Comparable接口
     * @return
     */
    private static <T extends Comparable> T min(T[] array) {
        if (array == null && array.length == 0) {
            return null;
        }
        T smallest = array[0];
        for (T element : array) {
            if (smallest.compareTo(element) > 0) {
                smallest = element;
            }
        }
        return smallest;
    }

为什么使用关键字extends来约束implements呢?Java选择关键字extends的原因是更接近子类的概念,并且不打算再添加新的关键字。所以记住以下语法:
其中,T表示绑定类型的子类型,T与BoundingType可以是类也可以是接口
<T extends BoundingType>
如果你需要多个限制条件,使用&符号进行连接:
<T extends Comparable & Serializable>

编写一个实例化的泛型方法

  • Java8
    /**
     * 泛型方法,给定一个Supplier函数式接口,返回具体的类型
     * @param constr
     * @param <T>
     * @return
     */
    private static <T> T getInstance(Supplier<T> constr) {
        return constr.get();
    }
  • 反射
    /**
     * 传统方法解决泛型实例化,反射
     * @param clazz 注意,Class类本身是泛型,例如String.class是Class<String>的实例
     * @param <T>
     * @return
     */
    private static <T> T getInstanceByClass(Class<T> clazz) {
        try {
            return clazz.newInstance();
        } catch (InstantiationException | IllegalAccessException e) {
            // 演示使用,非正确用法
            throw new RuntimeException("An exception occurred when using newInstance");
        }
    }

泛型擦除

历史原因

虚拟机没有泛型类型对象-所有对象都是属于普通的类。所以定义泛型类型,最终都会被解析成原始类型。举个例子: List<String> -> List

泛型只在编译期检验参数是否合法,在程序运行时,原本的泛型信息就会被"擦除"了。只会在对象进入和离开泛型的临界点添加类型检查。也就是说,当你调用泛型方法时,JVM会帮你自动强转。

        RestResult<String> stringRestResult = new RestResult<>();
        RestResult<Integer> integerRestResult = new RestResult<>();
        System.out.println("stringRestResult实例在运行时的信息:"+stringRestResult.getClass());
        System.out.println("integerRestResult实例在运行时的信息:"+integerRestResult.getClass());

程序输出:
stringRestResult实例在运行时的信息:class RestResult
integerRestResult实例在运行时的信息:class RestResult
可见,String和Integer都在运行时消失了。
我们通过编译来验证这个问题

javac Generics.java

public class Generics {
    public Generics() {
    }

    public static void main(String[] var0) {
        RestResult var1 = new RestResult();
        RestResult var2 = new RestResult();
        System.out.println("stringRestResult in Running:" + var1.getClass());
        System.out.println("integerRestResult in Running:" + var2.getClass());
    }
}

注意,泛型方法最终也会被擦除,如上面展示的:
private static <T extends Comparable> T min(T[] array)
-> private static Comparable min(Comparable[] array)

泛型类型的继承规则

我们以一个例子来展示这个规则:


    /**
     * 展示类型继承规则
     * @param restResult
     */
    private static void printResultData(RestResult<Integer> restResult) {
        Integer data = restResult.getData();
        System.out.println("The RestResult is :" + data);
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        RestResult<Number> integerRestResult = new RestResult<>();
        integerRestResult.setData(Integer.valueOf("10086"));
        // 无法通过编译
        printResultData(integerRestResult);
    }

不合法,具有继承关系的类无法通过这样的形式进行传递。需要使用泛型通配符

泛型通配符

  • 无限定通配符: ?

在某些场景下,我们不关心泛型里面的具体参数是什么,可以使用无限定通配符,它的返回类型是Object。因此所有的对象都可以通过编译,这会使泛型的编译期检查失去意义,具有一定的风险,开发者需要注意这个问题。

  • 错误的应用场景

    /**
     * 使用无限定通配符来传参,但是会有类型转换的风险
     * @param restResult
     */
    private static void printResultDataByWildcard(RestResult<?> restResult) {
        Integer data = ((Integer) restResult.getData());
        System.out.println("The RestResult is :" + data);
    }
    
    public static void main(String[] args) {

        RestResult<String> stringRestResult = new RestResult<>();
        stringRestResult.setData("10086");
        // 报错,因为传递了一个String,而方法内部进行了强转
        printResultDataByWildcard(stringRestResult);
    }
  • 正确的应用场景
@Data
public class RestResult<T> {
    private Integer code;
    private String msg;
    private T data;

    public static boolean resultDataIsNull(RestResult<?> restResult) {
        return Objects.isNull(restResult.getCode()) || Objects.isNull(restResult.getMsg()) || Objects.isNull(restResult.getData());
    }
}
        
    public static void main(String[] args) {
        RestResult<String> testNullRestResult = new RestResult<>();
        testNullRestResult.setData(null);
        // 简单的判断是否包含空引用
        boolean b = testNullRestResult.resultDataIsNull(testNullRestResult);
        System.out.println(b);
    }
  • 上边界通配符: extends

public static void printResult( RestResult<? extends Serializable> result)
约束参数必须继承某个类或者实现某个接口

  • 下边界通配符: super

    /**
     * 限制下边界为Integer
     *
     * @param restResult
     */
    private static void printResult(RestResult<? super Integer> restResult) {
        Integer data = ((Integer) restResult.getData());
        System.out.println("The RestResult is :" + data);
    }

约束参数必须为Integer的超类,super通常在函数式接口中被频繁使用,下面举一个例子:

    default Predicate<T> and(Predicate<? super T> other) {
        Objects.requireNonNull(other);
        return (t) -> test(t) && other.test(t);
    }

此时other参数可为Object,而不只是T本身。
此外,也可以关注LocalDate这个类,LocalDate实现了ChronoLocalDate,而ChronoLocalDate扩展了Comparable<ChronoLocalDate>,因此如果指定一个方法:
public static <T extends Comparable<T>> T min(T[] a)
这可能会有一些麻烦,因为LocalDate实现的是Comparable<ChronoLocalDate>而非Comparable<LocalDate>
在这种情况下,super通配符可以发挥作用:
public static <T extends Comparable<? super T>> T min(T[] a)
这一声明的意图在于帮助应用程序员排除调用参数上的不必要的限制。

总结

  • 定义泛型时,对应的数据类型是不确定的
  • 泛型方法被调用时,会指定具体类型
  • 编译时编译器会对泛型进行安全检查
  • 不能使用基础类型实例化类型参数,例如:List<int>
  • 运行时泛型会被"擦除"
  • 不要创建参数化类型的数组: List<String>[] table = new ArrayList<>[10]
  • 可以使用@SafeVarargs标注方法来抑制警告
  • 使用@SuppressWarnings("unchecked")可以消除对受检查异常的检查
  • 泛型无法使用new T() , new T[] 或者 T.class 这样的表达式,因为最终会擦除为Object.class,Java的本意是不希望调用new Object();
  • try catch中无法捕获泛型类的实例。例如: catch(T e)

推荐阅读更多精彩内容