Java 泛型机制详解；这些你都知道吗？

public U getFirst() {return first;}public V getSecond() {return second;}}

改进后的 Pair 类可以这么使用:

Pair<String,Integer> pair = new Pair<String,Integer>("张三",100);

泛型的基本原理

看到上面的案例我们大概知道了一个简单的泛型如何定义，那么不禁会有一个疑惑，那就是泛型类型到底是什么呢？我们为什么一定要定义一个类型参数呢？熟悉 Java 多态特性的我们都知道，我们完全可以定义一个通用的父类类型，然后传递具体的子类型不也能实现这样的操作吗？同样的 Java 中也存在所有的类的基类--Object，如果我们直接使用 Object 不也可以吗?如下:

public class Pair {Object first;Object second;public Pair(Object first, Object second){this.first = first;this.second = second;}public Object getFirst() {return first;}public Object getSecond() {return second;}}

使用的时候的代码只要这么改动:

Pair minmax = new Pair(1,100);Integer min = (Integer)minmax.getFirst();//字段强制转换 Integer max = (Integer)minmax.getSecond();//字段强制转换

这样使用其实是可以的，事实上 Java 提供的泛型机制其实底层就是如此实现的。之所以这么设计，与 Java 当初设计的时候的 jvm 虚拟机编译机制有关系，要知道泛型设计的时候 Java 才到 Jdk1.4 版本，而我们都知道 Java 有编译器和 Java 虚拟机，编译器会帮我们把 Java 代码转换为**.Class**，虚拟机则是负责加载**.Class**，对于泛型类，Java 编译器会把泛型部分的代码转换为普通的代码，即和上面的 Object 类型接管一样，将类型的 T 进行擦除，替换为 Object，并且进行必要的类型的强制转换操作，所以在 Java 虚拟机执行 Java 字节码的过程中，其实和 Object 操作是一样的，并不知道泛型，也不存在泛型。那么既然泛型还是会转换为 Object，进行泛型擦除，Java 为什么要在 1.5 开始支持并设计出泛型机制呢？

泛型的好处

其实想要理解这点，我们不妨考虑一下，泛型的好处在哪？同时也去思考一下如果我们使用 Object 编程，缺陷会存在在哪？熟悉泛型的都知道，泛型有两个好处:

1.更好的安全性

2.更好的可读性

我们也知道 Java 语言在我们开发编译的阶段，ide 就会进行代码检查，当我们的语法出现问题的时候，ide 会在编译阶段就把错误标识出来，减少程序的潜在 Bug 数。但是我们不妨看下 Object 操作的代码:

Pair pair = new Pair("张三",1);Integer id = (Integer)pair.getFirst();String name = (String)pair.getSecond();

可以看出来，无论 id 是否为 Integer 类型，或者 name 是否为 String 类型，我们在编译阶段，由于类型为 Object，我们都会进行强制转换操作，在编译期这些操作都是语法合理的，并不会报错，但是如果这些字段中存在类型错误，也必须等到程序运行到这里才会提示 ClassCastException 异常，但是如果我们使用的是泛型机制，并且使用的时候标明了类型为 String 和 Integer,那么如果我们使用的类型不一致，在编译时已经报错，必须修改后才可以成功运行，如下：

Pair<String,Integer> pair = new Pair<>("张三",1);Integer id = pair.getFirst(); //编译错误 String name = pair.getSecond(); //编译错误

所以很明显的可以看出来，如果使用了泛型后，类的后缀添加对应的泛型类型，我们很明确的知道具体的类型是什么，提高开发的可读性，并且因为 ide 会做类型检查，所以安全性也会更高

泛型方法

当然泛型的作用域范围比较广，我们不仅可以定义在类/接口的申明上，我们也可以将泛型作用在方法上，与类的泛型相互隔离，实现更精细粒度的泛型操作。并且需要注意的是，一个类的泛型定义和方法的泛型定义并无直接关系，两者是相互独立的，即类的泛型可以定义为 T，而方法也可以定义为泛型 T，但是这两个 T 并不属于同一个。首先我们先看一个泛型方法的案例:

public static <T> int indexOf(T[] arr, T elm){for(int i=0; i<arr.length; i++){if(arr[i].equals(elm)){return i;}}return -1;}

可以看出来，indexOf 方法就是一个泛型方法，使用的时候，我们可以如下:

indexOf(new Integer[]{1,3,5}, 10)

同样的泛型方法拥有和泛型类一样的所有特性，也可以定义多个泛型参数在方法上，比如:

public static <U,V> Pair<U,V> createPair(U first, V second){Pair<U,V> pair = new Pair<>(first, second);return pair;}

但是与泛型类不同的是，使用的时候只需要传入确定类型的值即可，并不需要申明泛型类型后缀，如下:

createPair("张三",1)；

泛型的上限界定

在前面的学习中我们都知道泛型擦除会转化为 Object 类型，但是我们能不能给 Object 的范围缩小呢？即限制泛型的父类类型上限是多少，在 Java 中其实是支持的，而泛型中支持这个上限界定是使用了 extends 关键字来表示的，当然这里的父类类型可以是接口、类或者类型参数，我们分别介绍下:

接口作为父类类型

比如我们开发中遇到一个场景，我们必须实现 Comparable 接口来实现动态的类型的比较，这个时候代码如下:

public static <T extends Comparable> T max(T[] arr){T max = arr[0];for(int i=1; i<arr.length; i++){if(arr[i].compareTo(max)>0){max = arr[i];}}return max;}

max 是泛型类型 T 的数组的对应下标的值，不过这么编写代码的话，会被编译器警告，因为 Comparable 接口本身也是个泛型接口，所以我们写的时候建议也去指定 Comparable 接口的泛型上界，修改如下：

public static <T extends Comparable<T>> T max(T[] arr){...................}

此种方式可以实现泛型类型的递归类型限制传递

上界为具体类

还记得我们上面的实例 Pair 类使用的泛型类型，我们可以实现一个子类:

public class NumberPair<U extends Number, V extends Number> extends Pair<U, V> {public NumberPair(U first, V second) {super(first, second);}}

当我们限制了对应的类型范围后，我们就可以把 first 和 second 变量作为 Number 类型进行处理了，比如我们内部有一个求和的方法:

public double plus(){return getFirst().doubleValue() + getSecond().doubleValue();}

所以当我们定义完后，我们的使用即为如下这样:

NumberPair<Integer, Double> pair = new NumberPair<>(10, 12.34);double sum = pair.plus();

可以看出来，限制了泛型类型范围后，编译器检查的会更严格，如果类型不对直接会报错，并且泛型擦除的时候转换的类型则为指定的范围上界的类型

泛型的通配符

上面我们提到了一些例子，就是使用了参数类型作为范围上界，但是这种写法比较繁琐，有木有更简化的写法呢？当然有，泛型支持通配符形式，可以简化范围上界的泛型写法，一个简单的通配符泛型如下:

public void addAll(DynamicArray<? extends E> c) {for(int i=0; i<c.size; i 《一线大厂 Java 面试题解析+后端开发学习笔记+最新架构讲解视频+实战项目源码讲义》无偿开源 威信搜索公众号【编程进阶路】 ++){add(c.get(i));}}

可以看到当前的写法中 c 的类型是 DynamicArray<? extends E>类型，?表示通配符，<?extends E>表示有限定通配符，具体需要匹配泛型 E 或者 E 的子类型即可，至于具体是什么类型，完全可以未知，当我们使用的时候，代码如下:

DynamicArray<Number> numbers = new DynamicArray<>();DynamicArray<Integer> ints = new DynamicArray<>();ints.add(100);ints.add(34);numbers.addAll(ints);

这里 E 是 Number 类型的时候，?可以匹配为 DynamicArray<Integer>，那么通配符和范围上界指定的效果一样，这两者有什么区别呢？

1.<T extends E>写法仅限于用于定义类型参数，申明了一个类型参数 T(使用的时候必须指定泛型类型)

2.<? extends E>用于实例化类型参数，可以用于实例化泛型变量中的类型参数，只是当前类型可以是未知的，只需要知道范围上限，即属于泛型 E 的子类即可(使用的时候可以不指定泛型类型，或者直接传递子类类型即可)

那么我们什么时候使用通配符，什么时候需要定义类型参数范围呢？首先我们先来认知下通配符分类以及各类通配符的用法

无限定通配符

在泛型中，除了上述的有限定通配符以外，还有无限定通配符和超类型通配符，我们首先来了解无限定通配符，使用无限定通配符实现一个简单的 DynamicArray 中查找元素，代码如下:

public static int indexOf(DynamicArray<?> arr, Object elm){for(int i=0; i<arr.size(); i++){if(arr.get(i).equals(elm)){return i;}}return -1;}

可以看到上述的泛型即使用了无限定通配符，当然此通配符也可以使用泛型类型 T 来代替，效果是相同的，不过无限定通配符使用起来更简洁，当然无论是上述的哪一种通配符，都有一个限制--只能读，不可以写入，我们先看例子:

DynamicArray<Integer> ints = new DynamicArray<>();DynamicArray<? extends Number> numbers = ints;Integer a = 200;numbers.add(a); //代码错误，不允许添加