Java 泛型总结及详解
一.泛型概念的提出（为什么需要泛型）？
首先，我们看下下面这段简短的代码:
publicclassGenericTest{
publicstaticvoidmain(String[]args){
Listlist=newArrayList();
list.add("qqyumidi");
list.add("corn");
list.add(100);
for(inti=0;i<list.size();i++){
Stringname=(String)list.get(i);//1
System.out.println("name:"+name);
}
}
}
定义了一个List类型的集合，先向其中加入了两个字符串类型的值，随后加入一个Integer类型的值。这是完全允许的，因为此时list默认的类型为Object类型。在之后的循环中，由于忘记了之前在list中也加入了Integer类型的值或其他编码原因，很容易出现类似于//1中的错误。因为编译阶段正常，而运行时会出现“java.lang.ClassCastException”异常。因此，导致此类错误编码过程中不易发现。
在如上的编码过程中，我们发现主要存在两个问题：
1.当我们将一个对象放入集合中，集合不会记住此对象的类型，当再次从集合中取出此对象时，改对象的编译类型变成了Object类型，但其运行时类型任然为其本身类型。
2.因此，//1处取出集合元素时需要人为的强制类型转化到具体的目标类型，且很容易出现“java.lang.ClassCastException”异常。
那么有没有什么办法可以使集合能够记住集合内元素各类型，且能够达到只要编译时不出现问题，运行时就不会出现“java.lang.ClassCastException”异常呢？答案就是使用泛型。
二.什么是泛型？
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）。
看着好像有点复杂，首先我们看下上面那个例子采用泛型的写法。
publicclassGenericTest{
publicstaticvoidmain(String[]args){
/*
Listlist=newArrayList();
list.add("qqyumidi");
list.add("corn");
list.add(100);
*/
List<String>list=newArrayList<String>();
list.add("qqyumidi");
list.add("corn");
//list.add(100);//1提示编译错误
for(inti=0;i<list.size();i++){
Stringname=list.get(i);//2
System.out.println("name:"+name);
}
}
}
采用泛型写法后，在//1处想加入一个Integer类型的对象时会出现编译错误，通过List<String>，直接限定了list集合中只能含有String类型的元素，从而在//2处无须进行强制类型转换，因为此时，集合能够记住元素的类型信息，编译器已经能够确认它是String类型了。
结合上面的泛型定义，我们知道在List<String>中，String是类型实参，也就是说，相应的List接口中肯定含有类型形参。且get()方法的返回结果也直接是此形参类型（也就是对应的传入的类型实参）。下面就来看看List接口的的具体定义：
publicinterfaceList<E>extendsCollection<E>{
intsize();
booleanisEmpty();
booleancontains(Objecto);
Iterator<E>iterator();
Object[]toArray();
<T>T[]toArray(T[]a);
booleanadd(Ee);
booleanremove(Objecto);
booleancontainsAll(Collection<?>c);
booleanaddAll(Collection<?extendsE>c);
booleanaddAll(intindex,Collection<?extendsE>c);
booleanremoveAll(Collection<?>c);
booleanretainAll(Collection<?>c);
voidclear();
booleanequals(Objecto);
inthashCode();
Eget(intindex);
Eset(intindex,Eelement);
voidadd(intindex,Eelement);
Eremove(intindex);
intindexOf(Objecto);
intlastIndexOf(Objecto);
ListIterator<E>listIterator();
ListIterator<E>listIterator(intindex);
List<E>subList(intfromIndex,inttoIndex);
}
我们可以看到，在List接口中采用泛型化定义之后，<E>中的E表示类型形参，可以接收具体的类型实参，并且此接口定义中，凡是出现E的地方均表示相同的接受自外部的类型实参。
自然的，ArrayList作为List接口的实现类，其定义形式是：
由此，我们从源代码角度明白了为什么//1处加入Integer类型对象编译错误，且//2处get()到的类型直接就是String类型了。
publicclassArrayList<E>extendsAbstractList<E>
implementsList<E>,RandomAccess,Cloneable,java.io.Serializable{
publicbooleanadd(Ee){
ensureCapacityInternal(size+1);//IncrementsmodCount!!
elementData[size++]=e;
returntrue;
}
publicEget(intindex){
rangeCheck(index);
checkForComodification();
returnArrayList.this.elementData(offset+index);
}
//...省略掉其他具体的定义过程
}
三.自定义泛型接口、泛型类和泛型方法
从上面的内容中，大家已经明白了泛型的具体运作过程。也知道了接口、类和方法也都可以使用泛型去定义，以及相应的使用。是的，在具体使用时，可以分为泛型接口、泛型类和泛型方法。
自定义泛型接口、泛型类和泛型方法与上述Java源码中的List、ArrayList类似。如下，我们看一个最简单的泛型类和方法定义：
publicclassGenericTest{
publicstaticvoidmain(String[]args){
Box<String>name=newBox<String>("corn");
System.out.println("name:"+name.getData());
}
}
classBox<T>{
privateTdata;
publicBox(){
}
publicBox(Tdata){
this.data=data;
}
publicTgetData(){
returndata;
}
}
在泛型接口、泛型类和泛型方法的定义过程中，我们常见的如T、E、K、V等形式的参数常用于表示泛型形参，由于接收来自外部使用时候传入的类型实参。那么对于不同传入的类型实参，生成的相应对象实例的类型是不是一样的呢？
publicclassGenericTest{
publicstaticvoidmain(String[]args){
Box<String>name=newBox<String>("corn");
Box<Integer>age=newBox<Integer>(712);
System.out.println("nameclass:"+name.getClass());//com.qqyumidi.Box
System.out.println("ageclass:"+age.getClass());//com.qqyumidi.Box
System.out.println(name.getClass()==age.getClass());//true
}
}
由此，我们发现，在使用泛型类时，虽然传入了不同的泛型实参，但并没有真正意义上生成不同的类型，传入不同泛型实参的泛型类在内存上只有一个，即还是原来的最基本的类型（本实例中为Box），当然，在逻辑上我们可以理解成多个不同的泛型类型。
究其原因，在于Java中的泛型这一概念提出的目的，导致其只是作用于代码编译阶段，在编译过程中，对于正确检验泛型结果后，会将泛型的相关信息擦出，也就是说，成功编译过后的class文件中是不包含任何泛型信息的。泛型信息不会进入到运行时阶段。
对此总结成一句话：泛型类型在逻辑上看以看成是多个不同的类型，实际上都是相同的基本类型。
四.类型通配符
接着上面的结论，我们知道，Box<Number>和Box<Integer>实际上都是Box类型，现在需要继续探讨一个问题，那么在逻辑上，类似于Box<Number>和Box<Integer>是否可以看成具有父子关系的泛型类型呢？
为了弄清这个问题，我们继续看下下面这个例子:
publicclassGenericTest{
publicstaticvoidmain(String[]args){
Box<Number>name=newBox<Number>(99);
Box<Integer>age=newBox<Integer>(712);
getData(name);
//ThemethodgetData(Box<Number>)inthetypeGenericTestis
//notapplicableforthearguments(Box<Integer>)
getData(age);//1
}
publicstaticvoidgetData(Box<Number>data){
System.out.println("data:"+data.getData());
}
}
我们发现，在代码//1处出现了错误提示信息：ThemethodgetData(Box<Number>)inthetypeGenericTestisnotapplicableforthearguments(Box<Integer>)。显然，通过提示信息，我们知道Box<Number>在逻辑上不能视为Box<Integer>的父类。那么，原因何在呢？
publicclassGenericTest{
publicstaticvoidmain(String[]args){
Box<Integer>a=newBox<Integer>(712);
Box<Number>b=a;//1
Box<Float>f=newBox<Float>(3.14f);
b.setData(f);//2
}
publicstaticvoidgetData(Box<Number>data){
System.out.println("data:"+data.getData());
}
}
classBox<T>{
privateTdata;
publicBox(){
}
publicBox(Tdata){
setData(data);
}
publicTgetData(){
returndata;
}
publicvoidsetData(Tdata){
this.data=data;
}
}
这个例子中，显然//1和//2处肯定会出现错误提示的。在此我们可以使用反证法来进行说明。
假设Box<Number>在逻辑上可以视为Box<Integer>的父类，那么//1和//2处将不会有错误提示了，那么问题就出来了，通过getData()方法取出数据时到底是什么类型呢？Integer?Float?还是Number？且由于在编程过程中的顺序不可控性，导致在必要的时候必须要进行类型判断，且进行强制类型转换。显然，这与泛型的理念矛盾，因此，在逻辑上Box<Number>不能视为Box<Integer>的父类。
好，那我们回过头来继续看“类型通配符”中的第一个例子，我们知道其具体的错误提示的深层次原因了。那么如何解决呢？总部能再定义一个新的函数吧。这和Java中的多态理念显然是违背的，因此，我们需要一个在逻辑上可以用来表示同时是Box<Integer>和Box<Number>的父类的一个引用类型，由此，类型通配符应运而生。
类型通配符一般是使用?代替具体的类型实参。注意了，此处是类型实参，而不是类型形参！且Box<?>在逻辑上是Box<Integer>、Box<Number>...等所有Box<具体类型实参>的父类。由此，我们依然可以定义泛型方法，来完成此类需求。
publicclassGenericTest{
publicstaticvoidmain(String[]args){
Box<String>name=newBox<String>("corn");
Box<Integer>age=newBox<Integer>(712);
Box<Number>number=newBox<Number>(314);
getData(name);
getData(age);
getData(number);
}
publicstaticvoidgetData(Box<?>data){
System.out.println("data:"+data.getData());
}
}
有时候，我们还可能听到类型通配符上限和类型通配符下限。具体有是怎么样的呢？
在上面的例子中，如果需要定义一个功能类似于getData()的方法，但对类型实参又有进一步的限制：只能是Number类及其子类。此时，需要用到类型通配符上限。
publicclassGenericTest{
publicstaticvoidmain(String[]args){
Box<String>name=newBox<String>("corn");
Box<Integer>age=newBox<Integer>(712);
Box<Number>number=newBox<Number>(314);
getData(name);
getData(age);
getData(number);
//getUpperNumberData(name);//1
getUpperNumberData(age);//2
getUpperNumberData(number);//3
}
publicstaticvoidgetData(Box<?>data){
System.out.println("data:"+data.getData());
}
publicstaticvoidgetUpperNumberData(Box<?extendsNumber>data){
System.out.println("data:"+data.getData());
}
}
此时，显然，在代码//1处调用将出现错误提示，而//2//3处调用正常。
类型通配符上限通过形如Box<?extendsNumber>形式定义，相对应的，类型通配符下限为Box<?superNumber>形式，其含义与类型通配符上限正好相反，在此不作过多阐述了。
五.话外篇
本文中的例子主要是为了阐述泛型中的一些思想而简单举出的，并不一定有着实际的可用性。另外，一提到泛型，相信大家用到最多的就是在集合中，其实，在实际的编程过程中，自己可以使用泛型去简化开发，且能很好的保证代码质量。并且还要注意的一点是，Java中没有所谓的泛型数组一说。
对于泛型，最主要的还是需要理解其背后的思想和目的。
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