Java泛型

什么是泛型

Java 泛型（generics）是 JDK 5 中引入的一个新特性, 泛型提供了编译时类型安全检测机制，该机制允许程序员在编译时检测到非法的类型。
例如我们平常声明一个集合变量List<String> list = new ArrayList<String>(); 这里就是泛型的一种。

泛型的本质

泛型的本质是参数化类型，即给类型指定一个参数，然后在使用时再指定此参数具体的值，那样这个类型就可以在使用时决定了。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。

泛型的作用

提高了代码的复用性

// 没有泛型之前
    private static int add(int a, int b) {
        System.out.println(a + "+" + b + "=" + (a + b));
        return a + b;
    }
    private static float add(float a, float b) {
        System.out.println(a + "+" + b + "=" + (a + b));
        return a + b;
    }
    private static double add(double a, double b) {
        System.out.println(a + "+" + b + "=" + (a + b));
        return a + b;
    }
    // 有了泛型之后
    private static <T extends Number> double add(T a, T b) {
        System.out.println(a + "+" + b + "=" + (a.doubleValue() + b.doubleValue()));
        return a.doubleValue() + b.doubleValue();
    }

保证了类的安全性

相当于告诉编译器每个集合接收的对象类型是什么，编译器在编译期就会做类型检查，告知是否插入了错误类型的对象，使得程序更加安全，增强了程序的健壮性。

// 没有泛型的时候
    public static void noGeneric() {
        ArrayList names = new ArrayList();
        names.add("mikechen的互联网架构");
        names.add(123); //编译正常
    }
    // 有泛型的时候
    public static void useGeneric() {
        ArrayList<String> names = new ArrayList<>();
        names.add("mikechen的互联网架构");
        //names.add(123); //编译不通过
    }

消除强制转换

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，这使得代码更加可读，并且减少了出错机会。

// 没有泛型的代码段需要强制转换
List list = new ArrayList();
list.add("hello");
String s = (String) list.get(0);
//当重写为使用泛型时，代码不需要强制转换
List<String> list2 = new ArrayList<String>();
list2.add("hello");
String s2 = list2.get(0); // no cast

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，将筒单类型作为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。

泛型变量固定了类型，使用的时候就已经知道是值类型还是引用类型，避免了不必要的装箱、拆箱操作。

public static void main(String[] args) {
        // 没有泛型之前
        Object a = 1;//由于是object类型，会自动进行装箱操作。
        int b = (int)a;//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
        // 有了泛型之后
        int value = getValue(1);
    }
    public static <T>T getValue(T a){
       return a;
    }

怎么使用泛型

泛型类

泛型类就是把泛型定义在类上

public class 类名 <泛型类型1,...> {
}

:::info 注意事项：泛型类型必须是引用类型（非基本数据类型） ::: 当然，这个后面的参数类型也是有规范的，不能像上面一样随意，通常类型参数我们都使用大写的单个字母表示：

• T：任意类型的type
• E：集合中元素的类型Element
• K：k-v形式的Key

• V：k-v形式的V

  public class Test6<T> {
    private T value;
    public Test6(T value) {
        this.value = value;
    }
    public T getValue() {
        return value;
    }
    public void setValue(T value) {
        this.value = value;
    }
  }

  public class Test7<E> {
    private List<E> data;
    public Test7(List<E> data) {
        this.data = data;
    }
    public E get(int index){
        return data.get(index);
    }
  }

  public class Test8<K,V> {
    private Map<K,V> data;
    public void setData(Map<K, V> data) {
        this.data = data;
    }
    public V get(K k){
        return data.get(k);
    }
    public static void main(String[] args) {
        Test8<String,Integer> data = new Test8<>();
        Map<String,Integer> map = new HashMap<>();
        map.put("a",97);
        data.setData(map);
        Integer a = data.get("a");
        System.out.println(a);
    }
  }

  泛型接口

  ```java public <泛型类型> 返回类型 方法名（泛型类型 变量名） {

}

:::info
方法声明中定义的形参只能在该方法里使用，而接口、类声明中定义的类型形参则可以在整个接口、类中使用。当调用fun()方法时，根据传入的实际对象，编译器就会判断出类型形参T所代表的实际类型。
:::
```java
public interface Test9<T> {
    T show(T param);
}
class Test94String implements Test9<String>{
    @Override
    public String show(String param) {
        return param;
    }
}
class Test94Integer implements Test9<Integer>{
    @Override
    public Integer show(Integer param) {
        return param;
    }
}
class Test9main{
    public static void main(String[] args) {
        //Test9<String> test9 = new Test94Integer(); // 编译异常
        Test9<Integer> test9 = new Test94Integer(); // 编译正常
        // 或者干脆不指定类型，那么 new 什么类型都是可以的：
        Test9 test1= new Test94String();
        Test9 test2= new Test94String();
    }
}

泛型方法

修饰符 <代表泛型的变量> 返回值类型 方法名(参数){
}

public class Test10 {
    public <T> T get(T t){
        System.out.println(t.getClass());
        System.out.println(t);
        return t;
    }
    public static void main(String[] args) {
        Test10 test10 = new Test10();
        Integer integer = test10.get(1);
        String a = test10.get("a");
    }
}

这里可以看出，泛型方法随着我们的传入参数类型不同，他得到的类型也不同。泛型方法能使方法独立于类而产生变化。

泛型通配符

Java泛型的通配符是用于解决泛型之间引用传递问题的特殊语法, 主要有以下三类:

• <?> ：无边界的通配符，表示类型参数可以是任何类型
• <? extends E> ：固定上边界的通配符，表示类型参数必须是A或者是A的子类
• <? extends E> ：固定上边界的通配符，表示类型参数必须是A或者是A的超类型

  <?> ：无边界的通配符

  无边界的通配符的主要作用就是让泛型能够接受未知类型的数据.

  <? extends E> ：固定上边界的通配符

  使用固定上边界的通配符的泛型, 就能够接受指定类及其子类类型的数据。
  要声明使用该类通配符, 采用<? extends E>的形式, 这里的E就是该泛型的上边界。
  注意: 这里虽然用的是extends关键字, 却不仅限于继承了父类E的子类, 也可以代指显现了接口E的类

  <? extends E> ：固定上边界的通配符

  使用固定下边界的通配符的泛型, 就能够接受指定类及其父类类型的数据.。
  要声明使用该类通配符, 采用<? super E>的形式, 这里的E就是该泛型的下边界.。
  注意: 你可以为一个泛型指定上边界或下边界, 但是不能同时指定上下边界。

  泛型的实现原理

  泛型本质是将数据类型参数化，它通过类型擦除的方式来实现，即编译器会在编译期间「擦除」泛型语法并相应的做出一些类型转换动作。
  例如：

  public class Caculate<T> {
    private T num;
  }

  我们定义了一个泛型类，定义了一个属性成员，该成员的类型是一个泛型类型，这个 T 具体是什么类型，我们也不知道，它只是用于限定类型的。
  反编译一下这个 Caculate 类：

  public class Caculate{
    public Caculate(){}
    private Object num;
  }

  发现编译器擦除 Caculate 类后面的两个尖括号，并且将 num 的类型定义为 Object 类型。

那么是不是所有的泛型类型都以 Object 进行擦除呢？大部分情况下，泛型类型都会以 Object 进行替换，而有一种情况则不是。那就是使用到了extends和super语法的有界类型，如：

public class Caculate<T extends String> {
    private T num;
}

这种情况的泛型类型，num 会被替换为 String 而不再是 Object。

这是一个类型限定的语法，它限定 T 是 String 或者 String 的子类，也就是你构建 Caculate 实例的时候只能限定 T 为 String 或者 String 的子类，所以无论你限定 T 为什么类型，String 都是父类，不会出现类型不匹配的问题，于是可以使用 String 进行类型擦除。

实际上编译器会正常的将使用泛型的地方编译并进行类型擦除，然后返回实例。但是除此之外的是，如果构建泛型实例时使用了泛型语法，那么编译器将标记该实例并关注该实例后续所有方法的调用，每次调用前都进行安全检查，非指定类型的方法都不能调用成功。

实际上编译器不仅关注一个泛型方法的调用，它还会为某些返回值为限定的泛型类型的方法进行强制类型转换，由于类型擦除，返回值为泛型类型的方法都会擦除成 Object 类型，当这些方法被调用后，编译器会额外插入一行 checkcast 指令用于强制类型转换，这一个过程就叫做『泛型翻译』。