java基础 - 泛型 - 《Java 基础》

1.概述
2.Java泛型的实现原理
3. 扩展问题">
3. 扩展问题

1.概述

泛型，即“参数化类型”。一提到参数，最熟悉的就是定义方法时有形参，然后调用此方法时传递实参。那么参数化类型怎么理解呢？顾名思义，就是将类型由原来的具体的类型参数化，类似于方法中的变量参数，此时类型也定义成参数形式（可以称之为类型形参），然后在使用/调用时传入具体的类型（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。

2.Java泛型的实现原理

2.1 擦除

public class GenericTest {
    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> integerList = new ArrayList<>();
        List<String> strList = new ArrayList<>();
        System.out.println(integerList.getClass()==strList.getClass());
    }
}

输出：

true

在这个例子中，我们定义了两个ArrayList数组，不过一个是ArrayList泛型类型，只能存储字符串。一个是ArrayList泛型类型，只能存储整型。最后，我们通过arrayString对象和arrayInteger对象的getClass方法获取它们的类信息并比较，发现结果为true。
这是为什么呢，明明我们定义了两种不同的类型？因为，在编译期间，所有的泛型信息都会被擦除，List和List类型，在编译后都会变成List类型（原始类型）。Java中的泛型基本上都是在编译器这个层次来实现的，这也是Java的泛型被称为“伪泛型”的原因。

2.2 原始类型

原始类型就是泛型类型擦除了泛型信息后，在字节码中真正的类型。无论何时定义一个泛型类型，相应的原始类型都会被自动提供。原始类型的名字就是删去类型参数后的泛型类型的类名。擦除 类型变量，并替换为 限定类型（T为无限定的 类型变量，用Object替换）。

//泛型类型
class Pair<T> {  
    private T value;  
    public T getValue() {  
        return value;  
    }  
    public void setValue(T  value) {  
        this.value = value;  
    }  
}

//原始类型
class Pair {  
    private Object value;  
    public Object getValue() {  
        return value;  
    }  
    public void setValue(Object  value) {  
        this.value = value;  
    }  
}

因为在Pair中，T是一个无限定的类型变量，所以用Object替换。如果是Pair，擦除后，类型变量用Number类型替换。

2.3 突破泛型约束

 public static void invokeList() throws NoSuchMethodException, InvocationTargetException, IllegalAccessException {
        List<Integer> integerList = new ArrayList<>();
        integerList.add(123);
        integerList.getClass().getMethod("add", Object.class).invoke(integerList,"abc");
        for (int i=0;i<integerList.size();i++){
            System.out.println(integerList.get(i));
        }
      //  integerList.stream().forEach(System.out::println);
    }

输出：

123
abc

使用java8 stream输出异常：

123
abc
123
Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: java.lang.String cannot be cast to java.lang.Integer
    at java.util.ArrayList$ArrayListSpliterator.forEachRemaining(ArrayList.java:1384)
    at java.util.stream.ReferencePipeline$Head.forEach(ReferencePipeline.java:580)
    at GenericTest.invokeList(GenericTest.java:24)
    at GenericTest.main(GenericTest.java:14)

为什么呢？我们在介绍泛型时指出向ArrayList中插入String类型的对象，编译时会报错。现在为什么又可以了呢？
我们在程序中定义了一个ArrayList泛型类型，如果直接调用add方法，那么只能存储整形的数据。
不过当我们利用反射调用add方法的时候，却可以存储字符串。
这说明ArrayList泛型信息在编译之后被擦除了，只保留了原始类型，类型变量（T）被替换为Object，在运行时，我们可以行其中插入任意类型的对象。
再次应证：Java中的泛型基本上都是在编译器这个层次来实现的“伪泛型”。

2.4 正确的运转

既然说类型变量会在编译的时候擦除掉，那为什么定义了ArrayList泛型类型，而不允许向其中插入String对象呢？不是说泛型变量Integer会在编译时候擦除变为原始类型Object吗，为什么不能存放别的类型呢？既然类型擦除了，如何保证我们只能使用泛型变量限定的类型呢？
java是如何解决这个问题的呢？java编译器是通过先检查代码中泛型的类型，然后再进行类型擦除，再进行编译的。以如下代码为例：

 Pair<Integer> pair=new Pair<Integer> ();
        pair.setValue(3);
        Integer integer=pair.getValue();
        System.out.println(integer);

擦除getValue()的返回类型后将返回Object类型，编译器自动插入Integer的强制类型转换。也就是说，编译器把这个方法调用翻译为两条字节码指令：
对原始方法Pair.getValue的调用
将返回的Object类型强制转换为Integer
此外，存取一个泛型域时，也要插入强制类型转换。因此，我们说Java的泛型是在编译器层次进行实现的，被称为“伪泛型”

3. 扩展问题

3.1 Java中的泛型是什么 ? 使用泛型的好处是什么?泛型是一种参数化类型的机制。它可以使得代码适用于各种类型，从而编写更加通用的代码，例如集合框架。

泛型是一种编译时类型确认机制。它提供了编译期的类型安全，确保在泛型类型（通常为泛型集合）上只能使用正确类型的对象，避免了在运行时出现ClassCastException。

3.2 Java的泛型是如何工作的 ? 什么是类型擦除 ?

泛型的正常工作是依赖编译器在编译源码的时候，先进行类型检查，然后进行类型擦除并且在类型参数出现的地方插入强制转换的相关指令实现的。
编译器在编译时擦除了所有类型相关的信息，所以在运行时不存在任何类型相关的信息。例如List在运行时仅用一个List类型来表示。为什么要进行擦除呢？这是为了避免类型膨胀。

3.3 什么是泛型中的限定通配符和非限定通配符 ?

限定通配符对类型进行了限制。有两种限定通配符，一种是<? extends T>它通过确保类型必须是T的子类来设定类型的上界，另一种是<? super T>它通过确保类型必须是T的父类来设定类型的下界。泛型类型必须用限定内的类型来进行初始化，否则会导致编译错误。另一方面<?>表示了非限定通配符，因为<?>可以用任意类型来替代。

3.4 List<? extends T>和List <? super T>之间有什么区别 ?

这和上一个面试题有联系，有时面试官会用这个问题来评估你对泛型的理解，而不是直接问你什么是限定通配符和非限定通配符。这两个List的声明都是限定通配符的例子，List<? extends T>可以接受任何继承自T的类型的List，而List<? super T>可以接受任何T的父类构成的List。例如List<? extends Number>可以接受List或List。

3.5 如何编写一个泛型方法，让它能接受泛型参数并返回泛型类型?

编写泛型方法并不困难，你需要用泛型类型来替代原始类型，比如使用T, E or K,V等被广泛认可的类型占位符。泛型方法的例子请参阅Java集合类框架。最简单的情况下，一个泛型方法可能会像这样:

public V put(K key, V value) {
    return cache.put(key, value);
}

3.6 Java中如何使用泛型编写带有参数的类?

这是上一道面试题的延伸。面试官可能会要求你用泛型编写一个类型安全的类，而不是编写一个泛型方法。关键仍然是使用泛型类型来代替原始类型，而且要使用JDK中采用的标准占位符。

3.7 编写一段泛型程序来实现LRU缓存?

对于喜欢Java编程的人来说这相当于是一次练习。给你个提示，LinkedHashMap可以用来实现固定大小的LRU缓存，当LRU缓存已经满了的时候，它会把最老的键值对移出缓存。LinkedHashMap提供了一个称为removeEldestEntry()的方法，该方法会被put()和putAll()调用来删除最老的键值对。

3.8 你可以把List传递给一个接受List

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