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一 什么是泛型

Java 泛型(generics)是 JDK 5 中引入的一個新特性, 泛型提供了編譯時類型安全檢測機制,該機制允許程序員在編譯時檢測到非法的類型。
簡單理解就是:泛型指定編譯時的類型,減少運行時由于對象類型不匹配引發(fā)的異常。其主要用途是提高我們的代碼的復用率。
我們Java標準庫中的ArrayList就是泛型使用的典型應用:
- public class ArrayList
extends AbstractList implements List , RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable { - ......
- public ArrayList(Collection extends E> c) {
- elementData = c.toArray();
- if ((size = elementData.length) != 0) {
- // c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)
- if (elementData.getClass() != Object[].class)
- elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
- } else {
- // replace with empty array.
- this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
- }
- }
- public void sort(Comparator super E> c) {
- final int expectedModCount = modCount;
- Arrays.sort((E[]) elementData, 0, size, c);
- if (modCount != expectedModCount) {
- throw new ConcurrentModificationException();
- }
- modCount++;
- }
- .....
- public E get(int index) {
- rangeCheck(index);
- return elementData(index);
- }
- public boolean add(E e) {
- ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
- elementData[size++] = e;
- return true;
- }
- }
- 源碼中,ArrayList 中的E稱為類型參數(shù)變量,而整個ArrayList 我們稱為泛型類型。 我們可以指定除基本類型之外的任何類型,如:ArrayList 。
- 源碼中Collection 中? 通配符類型 表示類型的上界,表示參數(shù)化類型的可能是T 或是 T的子類。
- 源碼中Comparator 表示類型下界(Java Core中叫超類型限定),表示參數(shù)化類型是此類型的超類型(父類型),直至Object。
二 extends和super通配符
在定義泛型類型Generic 的時候,也可以使用extends通配符來限定T的類型:
- public class Generic
{ ... }
現(xiàn)在,我們只能定義:
- Generic
p1 = null; - Generic
p2 = new Generic<>(1, 2); - Generic
p3 = null;
因為Number、Integer和Double都符合 。
非Number類型將無法通過編譯:
- Generic
p1 = null; // compile error! - Generic
因為String、Object都不符合 ,因為它們不是Number類型或Number的子類。
我們看一個例子:
- public class Test {
- static class Food {
- }
- static class Fruit extends Food {
- }
- static class Apple extends Fruit {
- }
- static class Orange extends Fruit {
- }
- public void testExtend() {
- List extends Fruit> list = new ArrayList
(); - //無法安全添加任何具有實際意義的元素,報錯,extends為上界通配符,只能取值,不能放.
- //因為Fruit的子類不只有Apple還有Orange,這里不能確定具體的泛型到底是Apple還是Orange,所以放入任何一種類型都會報錯
- //list.add(new Apple());
- //list.add(new Orange());
- //可以添加null,因為null可以表示任何類型
- list.add(null);
- //可以正常獲取,用java多態(tài)
- Food foot = list.get(0);
- Apple apple = (Apple) list.get(0);
- }
- public void testSuper() {
- List super Fruit> list = new ArrayList
(); - //super為下界通配符,可以存放元素,但是也只能存放當前類或者子類的實例,以當前的例子來講,
- list.add(new Fruit());
- list.add(new Apple());
- //無法確定Fruit的父類是否只有Food一個(Object是超級父類)
- //因此放入Food的實例編譯不通過,只能放自己的實例 或者根據(jù)java多態(tài)的特性放子類實例
- //list.add(new Food());
- //List super Fruit> list2 = new ArrayList
(); - //Fruit fruit = list.get(0); //不能確定返回類型
- }
- }
在testExtend方法中,因為泛型中用的是extends,在向list中存放元素的時候,我們并不能確定List中的元素的具體類型,即可能是Apple也可能是Orange。因此調用add方法時,不論傳入new Apple()還是new Orange(),都會出現(xiàn)編譯錯誤。
理解了extends之后,再看super就很容易理解了,即我們不能確定testSuper方法的參數(shù)中的泛型是Fruit的哪個父類,因此在調用get方法時只能返回Object類型。結合extends可見,在獲取泛型元素時,使用extends獲取到的是泛型中的上邊界的類型(本例子中為Fruit),范圍更小。
總結:
- 在使用泛型時,存取元素時用super。
- 獲取元素時,用extends。
有了上面的結論我們看下Java標準庫的Collections類定義的copy()方法,這個copy()方法的定義就完美地展示了extends和super的意圖:
- copy()方法內部不會讀取dest,因為不能調用dest.get()來獲取T的引用;
- copy()方法內部也不會修改src,因為不能調用src.add(T)。
- public class Collections {
- // 把src的每個元素復制到dest中:
- public static
void copy(List super T> dest, List extends T> src) { - for (int i=0; i
- T t = src.get(i);
- dest.add(t);
- }
- }
- }
三 泛型擦除
Java的泛型是偽泛型,這是因為Java在編譯期間,所有的泛型信息都會被擦掉,正確理解泛型概念的首要前提是理解類型擦除。Java的泛型基本上都是在編譯器這個層次上實現(xiàn)的,在生成的字節(jié)碼中是不包含泛型中的類型信息的,使用泛型的時候加上類型參數(shù),在編譯器編譯的時候會去掉,這個過程成為類型擦除
我們看一個示例:
- public class Test2 {
- public static void main(String[] args) {
- Map
map = new HashMap<>(); - Animal animal = new Animal();
- animal.setVegetarian(true);
- animal.setEats("fish");
- map.put("cat", animal);
- String json = new Gson().toJson(map);
- System.out.println(json);
- Map
jsonToMap = fromJson(json); - System.out.println(jsonToMap);
- Animal animal1 = jsonToMap.get("cat");
- System.out.println(animal1.getEats());
- }
- public static
T fromJson(String str) { - return new Gson().fromJson(str, new TypeToken
() { - }.getType());
- }
- }
上的代碼運行會提示如下異常:
- Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: com.google.gson.internal.LinkedTreeMap cannot be cast to com.uaf.rabbitmq.producer.Animal
- at com.uaf.rabbitmq.producer.Test2.main(Test2.java:30)
異常原因主要是這句:new Gson().fromJson(str, new TypeToken () {}.getType());
這句在實際執(zhí)行的時候,List 中的T并未傳入實際的泛型參數(shù),導致Gson按照LinkedTreeMap來解析JSON,以致發(fā)生了錯誤;這就是一個在編譯期泛型類型擦除所導致的問題;
解決這個問題我們需要修改fromJson方法
- public class Test2 {
- public static void main(String[] args) {
- Map
map = new HashMap<>(); - Animal animal = new Animal();
- animal.setVegetarian(true);
- animal.setEats("fish");
- map.put("cat", animal);
- String json = new Gson().toJson(map);
- System.out.println(json);
- Map
jsonToMap = fromJson(json, - new TypeToken
- System.out.println(jsonToMap);
- Animal animal1 = jsonToMap.get("cat");
- System.out.println(animal1.getEats());
- }
- public static
T fromJson(String str, Type type) { - return new Gson().fromJson(str, type);
- }
- }
在Gson中提供了TypeToken解決泛型運行時類型擦除問題,TypeToken 這個類來幫助我們捕獲像Map這樣的泛型信息。上文創(chuàng)建了一個匿名內部類,這樣Java編譯器就會把泛型信息編譯到這個匿名內部類里,然后在運行時就可以被getType()方法用反射API提取到。
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