细说java系列之泛型

什么是范型

简言之，范型是Java支持在编译期进行类型检查的机制。
这里面包含2层含义：其一，可以使用范型进行类型检查；其二，在编译期进行类型检查。
那么，什么叫做在编译期进行类型检查？可以在运行时进行类型检查吗？带着这些疑问，我们一步步深入范型。

范型有什么用途

1. 使用Java集合类时明确指定元素类型

在使用Java提供的集合类时，必须指定具体的类型。举个例子：

// 创建只能存放String类型对象的列表,当存放其他类型的对象时将会编译报错
List<String> strList = new ArrayList<String>();
strList.add("test");
strList.add(1);

当添加非String类型的对象到strList时，编译将报错：

> javac -encoding UTF-8 GenericTest.java
GenericTest.java:27: 错误: 对于add(int), 找不到合适的方法
                strList.add(1);
                       ^
    方法 Collection.add(String)不适用
      (参数不匹配; int无法转换为String)
    方法 List.add(String)不适用
      (参数不匹配; int无法转换为String)
注: 某些消息已经过简化; 请使用 -Xdiags:verbose 重新编译以获得完整输出
1 个错误

也就是说，通过泛型可以在我们使用Java集合类时，在编译期就避免将不正确的类型添加到集合对象中，而且从语法上就可以很方便地看出集合对象中存放的对象类型，算是一个语法糖。

2. 定义泛型类

首先，我们来看看如果不使用泛型，我们如何解决问题。
假设我们需要定义一个Box类，用于存放对象，通常我们会定义为如下形式（大多数时候我们创建的对象类就是这样）：

class Box {
    private String obj = null;

    public String getObj() {
        return obj;
    }

    public void setObj(String obj) {
        this.obj = obj;
    }
}

很显然，如果我们实例化一个Box对象，那么这个“盒子”里面只能存放字符串类型的对象。如果强行让它存放其他类型的对象，将会在编译时报错：

Box box = new Box();
//box.setObj("string");
box.setObj(1);

javac -encoding UTF-8 GenericTest.java
GenericTest.java:32: 错误: 不兼容的类型: int无法转换为String
                box.setObj(1);
                           ^
注: 某些消息已经过简化; 请使用 -Xdiags:verbose 重新编译以获得完整输出
1 个错误

我们辛辛苦苦（需要编码的哈^__）创建了一个“盒子”类，原本是希望可以存放各种各样的对象，结果却只能存放字符串！这是非常不经济的。
如果我们需要存放Integer类型的对象，则需要创建一个新“盒子”类。
当然了，最简单的改造就是让Box类直接存放的对象类型为Object，就可以在Java世界存放所有类型的对象了。

static class Box {
    private Object obj = null;

    public Object getObj() {
        return obj;
    }

    public void setObj(Object obj) {
        this.obj = obj;
    }
}

OK，这时候我们可以任意往“盒子”对象中放任何类型的对象了，既不会在编译时报错，也不会在运行时报错。

Box box = new Box();
//box.setObj("string");
box.setObj(1);

看起来我们已经很完美地解决了问题，但是！当我们从“盒子”里取出对象时，如何知道它是什么类型呢？
当然，我们也是有办法的，因为在Java中可以通过instanceof判断对象类型，而且还可以进行对对象进行强制类型转换。

Box box = new Box();
//box.setObj("string");
box.setObj(1);
Object obj = box.getObj();
if(obj instanceof String) {
    System.out.println("object type is String");
    String strObj = (String)obj;
    System.out.println(strObj);
}else if(obj instanceof Integer) {
    System.out.println("object type is Integer");
    Integer intObj = (Integer)obj;
    System.out.println(intObj);
}

但是，如果采用这样的方式编写代码，会不会太繁琐啦？而且代码的复用性很差。
OK，到这里我们可以看到，不使用泛型，或者Java不支持泛型，我们依然可以干活，但是干活的方式太笨啦！从某种角度讲可能是非常糟糕的方式。
那么，如果使用泛型，会带来什么样的便利呢？
如下所示，将Box声明为泛型类：

static class Box<T> {
    private T obj = null;

    public T getObj() {
        return obj;
    }

    public void setObj(T obj) {
        this.obj = obj;
    }
}

Box<String> strBox = new Box<String>();
strBox.setObj("string");
String strObj = strBox.getObj();
System.out.println(strObj);

Box<Integer> intBox = new Box<Integer>();
intBox.setObj(1);
Integer intObj = intBox.getObj();
System.out.println(intObj++);

如上所示，当我们把Box声明为泛型类之后，在需要存放指定类型的对象时，只需要在实例化Box对象时明确指定对象类型即可。
另外，当从Box中取出对象后也可以很明确地知道对象类型，不需要对对象进行强制类型转换，最重要的是这使得代码复用非常方便。

3. 定义泛型方法

泛型方法的定义比较特别，需要在方法的返回值类型之前添加泛型标志。

public static <T> void printObj(T obj) {
    System.out.println(obj);
}

需要特别注意：在泛型类中定义的方法不一定就是泛型方法！如上Box类中的set/get方法并不是泛型方法。
泛型方法的作用似乎没有泛型类那么大，但是在某些特定的场合使用泛型方法会带来一定的便利。

4. 定义泛型接口

interface Operator<T> {
	void printObj(Object obj);
}

使用泛型注意事项

范型仅仅是一种在Java代码进行编译时的静态类型检查机制，是编译时检查。无法在运行时进行类型检查，实际上在运行时已经把类型擦除了。
那为什么对象类型会被擦除？以及存在类型擦除将会带来什么影响？因为存在类型擦除我们在编码时应该注意些什么问题？
详见：https://www.ziwenxie.site/2017/03/01/java-generic/。

【参考】
https://segmentfault.com/a/1190000002646193 Java泛型：泛型类、泛型接口和泛型方法
http://www.jianshu.com/p/b99a40c1f760 浅谈Java泛型