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文末本文轉載自微信公眾號「愛寫Bug的麥洛」，作者麥洛  。轉載本文請聯系愛寫Bug的麥洛公眾號。

概述

大家好，我是麥洛，今天來復習一下泛型。JDK 5.0 引入了 Java 泛型，允許設計者詳細地描述變量和方法的類型要如何變化，使得代碼具有更好的可讀性。本文章是對 Java 中泛型的快速介紹，包含泛型背后的目標以及使用泛型如何提高我們代碼的質量。

為什么要引入泛型?

在沒有泛型的背景下，讓我們想象一個場景，我們要在 Java 中創建一個List來存儲Integer。

代碼如下：

List list = new LinkedList(); 
list.add(new Integer(1));  
Integer i = list.iterator().next(); 

果不其然，IDEA會直接提醒需要強制轉換。

我們對代碼進行修改，如下所示：

Integer i = (Integer) list.iterator.next(); 

在沒有泛型的前提下，定義的List可以保存任何對象，當我們遍歷時候，根據上下文進行判斷，只能保證它是一個Object,所以需要我們顯示轉換。

我們知道List中的數據類型是Integer,可以直接強制轉換，如果我們不知道或者強制轉換時候寫錯類型，就會導致報錯，一場災難就這樣發生了。

這時候，就有人想了，我能不能在使用List時候就指定保存的類型，編譯階段來幫我保證類型的正確性，那就可以完全避免讓人討厭的強制轉換，所以，泛型就因運而生了。

讓我們修改前面代碼片段的第一行：

List<Integer> list = new LinkedList<>(); 

通過添加包含類型的菱形運算符 <>，我們將List能保存的類型限制到只有Integer類型，編譯器可以在編譯時強制執行類型。

泛型方法

對于泛型方法，我們可以用不同類型的參數調用它們。編譯器將確保我們使用的任何類型的正確性。

泛型方法屬性：

• 泛型方法在方法聲明的返回類型之前有一個類型參數(包含類型的菱形運算符)。
• 類型參數可以是有界的(我們將在本文后面解釋邊界)。
• 泛型方法可以在方法簽名中具有用逗號分隔的不同類型參數。
• 泛型方法的方法體就像普通方法一樣。

這是定義將數組轉換為List的泛型方法的示例：

public <T> List<T> fromArrayToList(T[] a) {    
    return Arrays.stream(a).collect(Collectors.toList()); 
} 

方法簽名中的表明該方法將處理泛型類型T。即使該方法返回 void，這也是必需的。

如前所述，該方法可以處理多個泛型類型。在這種情況下，我們必須將所有泛型類型添加到方法簽名中。

以下是我們如何修改上述方法以處理類型T和類型G：

public static <T, G> List<G> fromArrayToList(T[] a, Function<T, G> mapperFunction) { 
    return Arrays.stream(a) 
      .map(mapperFunction) 
      .collect(Collectors.toList()); 
} 

我們正在傳遞一個函數，該函數將具有T類型元素的數組轉換為具有G類型元素的列表。

一個例子是將Integer轉換為它的String表示：

@Test 
public void givenArrayOfIntegers_thanListOfStringReturnedOK() { 
    Integer[] intArray = {1, 2, 3, 4, 5}; 
    List<String> stringList 
      = Generics.fromArrayToList(intArray, Object::toString); 
  
    assertThat(stringList, hasItems("1", "2", "3", "4", "5")); 
} 

請注意，Oracle 建議使用大寫字母來表示泛型類型，并選擇更具描述性的字母來表示正式類型。在 Java 集合中，我們使用T表示類型，K表示鍵，V表示值。

有界泛型

類型參數可以有界，我們可以限制方法接受的類型。例如，我們可以指定一個方法接受一個類型及其所有子類(上限)或一個類型及其所有超類(下限)。要聲明上界類型，我們在類型后使用關鍵字extends，要聲明下界類型，我們在類型后使用關鍵字super。

例子：

public <T extends Number> List<T> fromArrayToList(T[] a) { 
    ... 
} 

我們在這里使用關鍵字 extends 表示類型 T 在類的情況下擴展上限或在接口的情況下實現上限。

多重邊界

一個類型也可以有多個上限：

如果T擴展的類型之一是一個類(例如Number)，我們必須將它放在邊界列表中的第一個。否則會導致編譯時錯誤。

在泛型中使用通配符

在Java中，通配符由?表示，我們使用它們來指代未知類型。通配符對泛型特別有用，可以用作參數類型。

首先，我們知道Object是所有 Java 類的超類。但是，Object的集合不是任何集合的超類型。所以，一個List 不是List的超類型，二者直接沒有任何關系。

例子：

public static void paintAllBuildings(List<Building> buildings) { 
    buildings.forEach(Building::paint); 
} 

假如現在有一個Building 的子類型，叫House，我們不能將這個方法用于 House 的列表，即使 House 是 Building 的一個子類型。

如果我們需要將此方法與類型 Building 及其所有子類型一起使用，則有界通配符可以發揮作用：

public static void paintAllBuildings(List<? extends Building> buildings) { 
    ... 
} 

現在此方法將適用于類型 Building 及其所有子類型。這稱為上限通配符，其中類型 Building 是上限。

我們還可以指定具有下限的通配符，其中未知類型必須是指定類型的超類型。可以使用 super 關鍵字后跟特定類型來指定下限。例如， 表示未知類型，它是 T 的超類(= T 及其所有父類)。

類型擦除

Java 中添加了泛型以確保類型安全。并且為了確保泛型不會在運行時造成開銷，編譯器在編譯時對泛型應用了一個稱為類型擦除的過程。

如果類型參數是無界的，則類型擦除會刪除所有類型參數并用它們的邊界或Object替換它們。這樣，編譯后的字節碼只包含正常的類、接口和方法，確保不會產生新的類型。在編譯時也將正確的轉換應用于 Object 類型。

這是類型擦除的示例：

public <T> List<T> genericMethod(List<T> list) { 
    return list.stream().collect(Collectors.toList()); 
} 

使用類型擦除，無界類型T被替換為Object：

public List<Object> withErasure(List<Object> list) { 
    return list.stream().collect(Collectors.toList()); 
} 
 
 
public List withErasure(List list) { 
    return list.stream().collect(Collectors.toList()); 
} 

如果類型是有界的，則在編譯時該類型將被邊界替換：

public <T extends Building> void genericMethod(T t) { 
    ... 
} 

編譯后：

public void genericMethod(Building t) { 
    ... 
} 

泛型和原始數據類型

Java 中泛型的一個限制是類型參數不能是基本類型。

例如，以下不能編譯：

List<int> list = new ArrayList<>(); 
list.add(17); 

要理解基本類型為什么不起作用，讓我們記住泛型是一個編譯時特性，這意味著類型參數被刪除并且所有泛型類型都實現為類型Object。

我們來看 一個列表的add方法：

List<Integer> list = new ArrayList<>(); 
list.add(17); 

add方法的簽名是：

boolean add(E e); 

并將被編譯為：

boolean add(Object e); 

因此，類型參數必須可轉換為Object。由于基本類型不擴展Object，我們不能將它們用作類型參數。

然而，Java 為原語提供了裝箱類型，以及自動裝箱和拆箱來解包它們：

Integer a = 17; 
int b = a; 

所以，如果我們想創建一個可以容納整數的列表，我們可以使用這個包裝器：

List<Integer> list = new ArrayList<>(); 
list.add(17); 
int first = list.get(0); 

編譯后的代碼將等效于以下內容：

List list = new ArrayList<>(); 
list.add(Integer.valueOf(17)); 
int first = ((Integer) list.get(0)).intValue(); 

結論 

Java 泛型是對 Java 語言的強大補充，因為它使程序員的工作更輕松且不易出錯。泛型在編譯時強制類型正確，最重要的是，可以實現泛型算法而不會對我們的應用程序造成任何額外開銷。