Java 泛型完全解读
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一、为什么会出现泛型
二、泛型会带来什么样的问题
1. 不能用基本类型实例化类型参数
2. 不能用于运行时类型检查
3. 不能创建类型实例
4. 不能静态化
5. 不能抛出或捕获泛型类的实例
6. 不允许作为参数进行重载
7. 不能创建泛型数组
三、边界拓展
1. 无界通配符
2. 上界
3. 下界
4. PECS 原则
5. 自限定类型
总结
对于泛型的使用我想大家都非常熟悉，但是对于类型擦除，边界拓展等细节问题，可能不是很清楚，所以本文会重点讲解一下；另外对泛型的了解其实可以看出，一个语言特性的产生逻辑，这对我们平时的开发也是非常有帮助的；
一、为什么会出现泛型
首先泛型并不是Java的语言特性，是直到 JDK1.5 才支持的特性（具体区别后面会讲到）；那么在泛型出现之前是怎么做的呢？
List list = new ArrayList(); list.add("123"); String s = (String) list.get(0);
如上面代码所示，在集合里面需要我们自己记住放进去的是什么，取出来的时候再强转； 也就将这种类型转换的错误推迟到了运行时，即麻烦还不安全，所以才出现了泛型；
使用场景：泛型类，泛型接口，泛型方法；
public class Test<T> public interface Test<T> public <T> void test(T t)
二、泛型会带来什么样的问题
正如上面所讲泛型并不是 Java 一开始就具有的特性，所以在后来想要增加泛型的时候，就必须要兼容以前的版本，Sun 他们想到的折中解决方案就是类型擦除；意思就是泛型的信息只存在于编译期，在运行时期所有的泛型信息都被擦除了，就想没有一样；
List<String> list1 = new ArrayList<>(); List<Integer> list2 = new ArrayList<>(); System.out.println(list1.getClass()); System.out.println(list2.getClass() == list1.getClass());
// 打印：
class java.util.ArrayList
true
可以看到 List<String> 和 List<String> 在运行时其实都是一样的，都是class java.util.ArrayList；所以在使用泛型的时候需要牢记，在运行时期没有泛型信息，也无法获取任何有关参数类型的信息；所以凡是需要获取运行时类型的操作，泛型都不支持！
1. 不能用基本类型实例化类型参数
new ArrayList<int>(); // error new ArrayList<Integer>(); // correct
因为类型擦除，会擦除到他的上界也就是 Object；而 Java 的8个基本类型的直接父类是 Number，所以基本类型不不能用基本类型实例化类型参数，而必须使用基本类型的包装类；
2. 不能用于运行时类型检查
t instanceof T // error t instanceof List<T> // error t instanceof List<String> // error t instanceof List // correct
但是可以使用 clazz.isInstance(); 进行补偿；
3. 不能创建类型实例
T t = new T(); // error
同样可以使用 clazz.newInstance(); 进行补偿；
4. 不能静态化
private static T t; // error private T t; // correct private static List<T> list; // error private static List<?> list; // correct private static List<String> list; // correct // e.g. class Test<T> { private T t; public void set(T arg) { t = arg; } public T get() { return t; } }
因为静态变量在类中共享，而泛型类型是不确定的，所以泛型不能静态化；但是非静态的时候，编译期可以根据上下文推断出T是什么，例如：
Test l = new Test(); System.out.println(l.get()); l.set("123"); System.out.println(l.get()); // javap -v 反编译 12: invokevirtual #15 // Method JDK/Test14_genericity$Test.get:()Ljava/lang/Object; 15: invokevirtual #16 // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/Object;)V 18: aload_1 19: ldc #17 // String 123 21: invokevirtual #18 // Method JDK/Test14_genericity$Test.set:(Ljava/lang/Object;)V 24: getstatic #6 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream; // --------------------------- Test l = new Test(); System.out.println(l.get()); l.set("123"); System.out.println(l.get()); // javap -v 反编译 12: invokevirtual #15 // Method JDK/Test14_genericity$Test.get:()Ljava/lang/Object; 15: invokevirtual #16 // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/Object;)V 18: aload_1 19: bipush 123 21: invokestatic #17 // Method java/lang/Integer.valueOf:(I)Ljava/lang/Integer;
根据上面的代码，可以很清楚的看到，编译器对非静态类型的推导；
另外 List<?> 和 List<String> 之所以是正确的，仍然是因为编译器可以在编译期间就能确定类型转换的正确性；
5. 不能抛出或捕获泛型类的实例
catch (T t) // error class Test<T> extends Throwable // error
因为在捕捉异常时候需要运行时类信息，并且判断异常的继承关系，所以不能抛出或捕获泛型类的实例；
6. 不允许作为参数进行重载
void test(List<Integer> list) void test(List<String> list)
因为在运行时期泛型信息被擦除，重载的两个方法签名就完全一样了；
7. 不能创建泛型数组
对于一点我觉得是最重要的，关于数组的介绍可以参考，Array 相关 ；
List<String>[] lists = new ArrayList<String>[10]; // error List<String>[] lists1 = (List<String>[]) new ArrayList[10]; // correct
之所以不能创建泛型数组的主要原因：
- 数组是协变的，而泛型的不变的；
- 数组的Class信息是在运行时动态创建的，而运行时不能获取泛型的类信息；
根据上面的讲解可以看出所谓的擦除补偿或者擦除后的修正，其大体思路都是用额外的方法告知运行时的类型信息，可以是记录到局部变量，也可以是指定参数的确切类型（Array.newInstance(Class<?> componentType, int length)）；
三、边界拓展
基于安全的考虑 Java 泛型是不变的（避免取出数据时的类型转换错误）；
List<Object> list = new ArrayList<String>(); // error
所以在使用集合类的时候，每个集合都需要强制指定确切类型就有点不方便，比如我想指定一个集合存放 A 以及 A 的子类；在这种情况下就引入了 extends,super,? 来拓展和管理泛型的边界；
1. 无界通配符 <?>
通配符主要用于泛型的使用场景（泛型一般有“声明”和“使用”两种场景）；
通常情况下 <?> 和原生类型大致相同，就像 List 和 List<?> 的表现大部分都是一样的；但是要注意他们其实是有本质去别的，<?> 代表了某一特定的类型，但是编译器不知道这种类型是什么；而原生的表示可以是任何 Object，其中并没有类型限制；
List<?> list = new ArrayList<String>(); // correct list.add("34"); // error String s = list.get(0); // error Object o = list.get(0); // correct boolean add(E e);
上面的代码很明确的反应了这一点（<?> 代表了某一特定的类型，但是编译器不知道这种类型是什么），
- 因为编译器不知道这种类型是什么，所以在添加元素的时候，当然也就不能确认添加的这个类型是否正确；当使用<?>的时候，代码中的 add(E e) 方法，此时的 E 会被替换为 <?>，实际上编译器为了安全起见，会直接拒绝参数列表中涉及通配符的方法调用；就算这个方法没有向集合中添加元素，也会被直接拒绝；
- 当 List<?> 取出元素的时候，同样因为不知道这个特定的类型是什么，所以只能将取出的元素放在Object中；或者在取出后强转；
2. 上界 <extends>
extends，主要用于确定泛型的上界；
<T extends Test> // 泛型声明 <T extends Test & interface1 & interface2> // 声明泛型是可以确定多个上界 <? extends T> // 泛型使用时
界定的范围如图所示：
应当注意的是当extends用于参数类型限定时：
List<? extends List> list = new ArrayList<ArrayList>(); // correct list.add(new ArrayList()); // error List l = list.get(0); // correct ArrayList l = list.get(0); // error
上面的分析同无界通配符类似，只是 List l = list.get(0); 是正确的，是因为 <? extends List> 界定了放入的元素一定是 List 或者 list 的子类，所以取出的元素能放入 List 中，但是不能放入 ArrayList 中；
3. 下界 <super>
super，主要用于确定泛型的下界；如图所示：
List<? super HashMap> list = new ArrayList<>(); // correct LinkedHashMap m = new LinkedHashMap(); // correct HashMap m1 = m; // correct Map m2 = m; // correct list.add(m); // correct list.add(m1); // correct list.add(m2); // error Map mm = list.get(0); // error LinkedHashMap mm1 = list.get(0); // error
根据图中的范围对照代码，就能很快发现Map在List<? super HashMap>的范围之外；而编辑器为了安全泛型下界集合取出的元素只能放在 Object里面；
4. PECS 原则
PECS原则是对上界和下界使用的归纳，即producer-extends, consumer-super；结合上面的两幅图，表示：
- extends，只能读，相当于生产者，向外产出；
- super，只能写，相当于消费者，只能接收消费；
- 同时边界不能同时规定上界和下界，正如图所示，他们的范围其实是一样的，只是开口不一样；
5. 自限定类型
对于上面讲的泛型边界拓展，有一个很特别的用法，
class Test<T extends Test<T>> {} public <T extends Comparable<T>> T max(List<T> list) {}
自限定类型可以通俗的解释，就是用自己限定自己，即自和自身相同的类进行某操作；如上面的 max 方法，就表示可以和自身进行比较的类型；
那么如果想要表达只要是同一祖先就能相互比较呢？
public <T extends Comparable<? super>> T max(List<? extends T> list) {}
<T extends Comparable<? super>>：表明只要是同一祖先就能相互比较，<? extends T>表明集合中装的都是同一祖先的元素；（出至《Effective Java》第 28 条）
总结
- 对于泛型的时候首先要很清楚的知道，在运行时没有任何泛型的信息，全部都被擦除掉了；
- 需要知道 Java 泛型做不到的事情；
- 需要知道怎么拓展边界，让泛型更加灵活；
- 另外所有的 Comparator、Comparable 都是消费者，应用 super；