Java泛型详解

例子

我们知道，使用变量之前要定义，定义一个变量时必须要指明它的数据类型，什么样的数据类型赋给什么样的值。
假如我们现在要定义一个类来表示坐标，要求坐标的数据类型可以是整数、小数和字符串，例如：
x = 10、y = 10
x = 12.88、y = 129.65
x = “东京180度”、y = “北纬210度”

针对不同的数据类型，除了借助方法重载，还可以借助自动装箱和向上转型。我们知道，基本数据类型可以自动装箱，被转换成对应的包装类；Object 是所有类的祖先类，任何一个类的实例都可以向上转型为 Object 类型，例如：
int --> Integer --> Object
double -->Double --> Object
String --> Object

这样，只需要定义一个方法，就可以接收所有类型的数据。请看下面的代码：

public class Demo {
    public static void main(String[] args){
        Point p = new Point();
        p.setX(10);  // int -> Integer -> Object
        p.setY(20);
        int x = (Integer)p.getX();  // 必须向下转型
        int y = (Integer)p.getY();
        System.out.println("This point is：" + x + ", " + y);
       
        p.setX(25.4);  // double -> Integer -> Object
        p.setY("东京180度");
        double m = (Double)p.getX();  // 必须向下转型
        double n = (Double)p.getY();  // 运行期间抛出异常
        System.out.println("This point is：" + m + ", " + n);
    }
}
class Point{
    Object x = 0;
    Object y = 0;
    public Object getX() {
        return x;
    }
    public void setX(Object x) {
        this.x = x;
    }
    public Object getY() {
        return y;
    }
    public void setY(Object y) {
        this.y = y;
    }
}

上面的代码中，生成坐标时不会有任何问题，但是取出坐标时，要向下转型，在 Java多态对象的类型转换 一文中我们讲到，向下转型存在着风险，而且编译期间不容易发现，只有在运行期间才会抛出异常，所以要尽量避免使用向下转型。运行上面的代码，第12行会抛出 java.lang.ClassCastException 异常。

那么，有没有更好的办法，既可以不使用重载（有重复代码），又能把风险降到最低呢？

有，可以使用泛型类(Java Class)，它可以接受任意类型的数据。所谓“泛型”，就是“宽泛的数据类型”，任意的数据类型。

更改上面的代码，使用泛型类：

public class Demo {
    public static void main(String[] args){
        // 实例化泛型类
        Point<Integer, Integer> p1 = new Point<Integer, Integer>();
        p1.setX(10);
        p1.setY(20);
        int x = p1.getX();
        int y = p1.getY();
        System.out.println("This point is：" + x + ", " + y);
       
        Point<Double, String> p2 = new Point<Double, String>();
        p2.setX(25.4);
        p2.setY("东京180度");
        double m = p2.getX();
        String n = p2.getY();
        System.out.println("This point is：" + m + ", " + n);
    }
}
// 定义泛型类
class Point<T1, T2>{
    T1 x;
    T2 y;
    public T1 getX() {
        return x;
    }
    public void setX(T1 x) {
        this.x = x;
    }
    public T2 getY() {
        return y;
    }
    public void setY(T2 y) {
        this.y = y;
    }
}

运行结果：
This point is：10, 20
This point is：25.4, 东京180度

与普通类的定义相比，上面的代码在类名后面多出了 <T1, T2>，T1, T2 是自定义的标识符，也是参数，用来传递数据的类型，而不是数据的值，我们称之为类型参数。在泛型中，不但数据的值可以通过参数传递，数据的类型也可以通过参数传递。T1, T2 只是数据类型的占位符，运行时会被替换为真正的数据类型。

传值参数（我们通常所说的参数）由小括号包围，如 (int x, double y)，类型参数（泛型参数）由尖括号包围，多个参数由逗号分隔，如 <T> 或 <T, E>。

类型参数需要在类名后面给出。一旦给出了类型参数，就可以在类中使用了。类型参数必须是一个合法的标识符，习惯上使用单个大写字母，通常情况下，K 表示键，V 表示值，E 表示异常或错误，T 表示一般意义上的数据类型。

泛型类在实例化时必须指出具体的类型，也就是向类型参数传值，格式为：

className variable<dataType1, dataType2> = new className<dataType1, dataType2>();

也可以省略等号右边的数据类型，但是会产生警告，即：

className variable<dataType1, dataType2> = new className();

因为在使用泛型类时指明了数据类型，赋给其他类型的值会抛出异常，既不需要向下转型，也没有潜在的风险，比本文一开始介绍的自动装箱和向上转型要更加实用。

注意

泛型是 Java 1.5 的新增特性，它以C++模板为参照，本质是参数化类型(Parameterized Type)的应用。
类型参数只能用来表示引用类型，不能用来表示基本类型，如 int、double、char 等。但是传递基本类型不会报错，因为它们会自动装箱成对应的包装类。
##泛型方法
除了定义泛型类，还可以定义泛型方法，例如，定义一个打印坐标的泛型方法：

public class Demo {
    public static void main(String[] args){
        // 实例化泛型类
        Point<Integer, Integer> p1 = new Point<Integer, Integer>();
        p1.setX(10);
        p1.setY(20);
        p1.printPoint(p1.getX(), p1.getY());
       
        Point<Double, String> p2 = new Point<Double, String>();
        p2.setX(25.4);
        p2.setY("东京180度");
        p2.printPoint(p2.getX(), p2.getY());
    }
}
// 定义泛型类
class Point<T1, T2>{
    T1 x;
    T2 y;
    public T1 getX() {
        return x;
    }
    public void setX(T1 x) {
        this.x = x;
    }
    public T2 getY() {
        return y;
    }
    public void setY(T2 y) {
        this.y = y;
    }
   
    // 定义泛型方法
    public <T1, T2> void printPoint(T1 x, T2 y){
        T1 m = x;
        T2 n = y;
        System.out.println("This point is：" + m + ", " + n);
    }
}

运行结果：
This point is：10, 20
This point is：25.4, 东京180度

上面的代码中定义了一个泛型方法 printPoint()，既有普通参数，也有类型参数，类型参数需要放在修饰符后面、返回值类型前面。一旦定义了类型参数，就可以在参数列表、方法体和返回值类型中使用了。

与使用泛型类不同，使用泛型方法时不必指明参数类型，编译器会根据传递的参数自动查找出具体的类型。泛型方法除了定义不同，调用就像普通方法一样。

注意：泛型方法与泛型类没有必然的联系，泛型方法有自己的类型参数，在普通类中也可以定义泛型方法。泛型方法 printPoint() 中的类型参数 T1, T2 与泛型类 Point 中的 T1, T2 没有必然的联系，也可以使用其他的标识符代替：

public static <V1, V2> void printPoint(V1 x, V2 y){
    V1 m = x;
    V2 n = y;
    System.out.println("This point is：" + m + ", " + n);
}

本质

类型限定的意思

• 把对象/集合里面的元素类型推迟到创建的时候。

• 类型参数化

泛型接口

在Java中也可以定义泛型接口，这里不再赘述，仅仅给出示例代码：

public class Demo {
    public static void main(String arsg[]) {
        Info<String> obj = new InfoImp<String>("www.weixueyuan.net");
      //实现接口
        Info<String> obj2 = new Info<String>() {
            @Override
            public String getVar() {
                return "123";
            }
        };


        //不好的初始化方法，没有利用接口的多态
        InfoImp<String> obj3 = new InfoImp<>("hh");

        System.out.println("Length Of String: " + obj.getVar().length());
        System.out.println(obj2.getVar());
        System.out.println(obj3.getVar());

        //实现接口
       Info<String> test =  new Info<String>() {
            @Override
            public String getVar() {
                return "helloword";
            }
        };

        System.out.println(test.getVar());
        System.out.println(getInfo().getVar());
        System.out.println(getInfoByImp().getVar());
    }


    //实现接口
    public static Info<String> getInfo(){
        return new Info<String>() {
            @Override
            public String getVar() {
                return "getInfoByInterface";
            }
        };

    }

    //返回实现方法
    public static Info<String> getInfoByImp(){
        return new InfoImp<>("getInfoByImp");
    }
}

运行结果：
Length Of String: 18
123
hh
helloword
getInfoByInterface
getInfoByImp

类型擦除

擦拭法

• 编译器把类型视为Object
• 编译器根据实现安全的强制转型。

擦拭法的局限

• < T > 不可能是基本类型,如int
• Object无法持有基本类型
• 无法取得带泛型的Class,例如Pari.class
• 无法判断带泛型的Class,例如 x instanceof Pair
• 不能实例化T类型，因为擦拭后实际是new Object(),实例化T必须借助Class 例如 new T();
  如果在使用泛型时没有指明数据类型，那么就会擦除泛型类型，请看下面的代码：

public class Demo {
    public static void main(String[] args){
        Point p = new Point();  // 类型擦除
        p.setX(10);
        p.setY(20.8);
        int x = (Integer)p.getX();  // 向下转型
        double y = (Double)p.getY();
        System.out.println("This point is：" + x + ", " + y);
    }
}
class Point<T1, T2>{
    T1 x;
    T2 y;
    public T1 getX() {
        return x;
    }
    public void setX(T1 x) {
        this.x = x;
    }
    public T2 getY() {
        return y;
    }
    public void setY(T2 y) {
        this.y = y;
    }
}

运行结果：
This point is：10, 20.8

因为在使用泛型时没有指明数据类型，为了不出现错误，编译器会将所有数据向上转型为 Object，所以在取出坐标使用时要向下转型，这与本文一开始不使用泛型没什么两样。

限制泛型的可用类型

在上面的代码中，类型参数可以接受任意的数据类型，只要它是被定义过的。但是，很多时候我们只需要一部分数据类型就够了，用户传递其他数据类型可能会引起错误。例如，编写一个泛型函数用于返回不同类型数组（Integer 数组、Double 数组、Character 数组等）中的最大值：

public <T> T getMax(T array[]){
    T max = null;
    for(T element : array){
        max = element.doubleValue() > max.doubleValue() ? element : max;
    }
    return max;
}

上面的代码会报错，doubleValue() 是 Number 类的方法，不是所有的类都有该方法，所以我们要限制类型参数 T，让它只能接受 Number 及其子类（Integer、Double、Character 等）。

通过 extends 关键字可以限制泛型的类型，改进上面的代码：

public <T extends Number> T getMax(T array[]){
    T max = null;
    for(T element : array){
        max = element.doubleValue() > max.doubleValue() ? element : max;
    }
    return max;
}

表示 T 只接受 Number 及其子类，传入其他类型的数据会报错。这里的限定使用关键字 extends，后面可以是类也可以是接口。但这里的 extends 已经不是继承的含义了，应该理解为 T 是继承自 Number 类的类型，或者 T 是实现了 XX 接口的类型。

泛型方法

泛型类，是在实例化类的时候指明泛型的具体类型；泛型方法，是在调用方法的时候指明泛型的具体类型。

说明一下，定义泛型方法时，必须在返回值前边加一个，来声明这是一个泛型方法，持有一个泛型T，然后才可以用泛型T作为方法的返回值。
Class的作用就是指明泛型的具体类型，而Class类型的变量c，可以用来创建泛型类的对象。
为什么要用变量c来创建对象呢？既然是泛型方法，就代表着我们不知道具体的类型是什么，也不知道构造方法如何，因此没有办法去new一个对象，但可以利用变量c的newInstance方法去创建对象，也就是利用反射创建对象。
泛型方法要求的参数是Class类型，而Class.forName()方法的返回值也是Class，因此可以用Class.forName()作为参数。其中，forName()方法中的参数是何种类型，返回的Class就是何种类型。在本例中，forName()方法中传入的是User类的完整路径，因此返回的是Class类型的对象，因此调用泛型方法时，变量c的类型就是Class，因此泛型方法中的泛型T就被指明为User，因此变量obj的类型为User。
当然，泛型方法不是仅仅可以有一个参数Class，可以根据需要添加其他参数。
为什么要使用泛型方法呢？因为泛型类要在实例化的时候就指明类型，如果想换一种类型，不得不重新new一次，可能不够灵活；而泛型方法可以在调用的时候指明类型，更加灵活。

注意：一般的应用开发中泛型使用较少，多用在框架或者库的设计中。

<?extends A >与区别

这是泛型嘛，泛型简单的意思就是说，你不知道你想要的这个类具体是啥，但是你可以知道这个类的相关子类或者父类

所以从上面的观点来看，<? extends A> 和 <T extends A>是没啥区别的

例如下面这个两个方法表达的意思是一样的，都表示参数是一个集合，这个集合可能包含着A或者A的任何子类

public void someMethod(List<? extends A> list);
public void someMethod(List<T extends A> list);

这是一种情况，但是相比而言，一个类中，多处方法都需要这个泛型的时候，<T extends A>要比<? extends A>方便的多，就像在代码里，你声明了一个变量后，你就可以在这个变量的代码块里任何地方调用，同理<T extends A>就像是声明了一个泛型变量T，这个T是一个A或者A的子类，然后这个变量T在所能用的范围之内，你都可以直接用T表示，不用再写<? extends A>或者<T extends A>，比如：

// 前面定义了T，后面参数就可以用T表示了
public <T extends A>void some(List<T> t);

上面是方法里，这个范围比较窄，放在类里，效果更明显，比如：

public class B<T extends A>{
    // 一个A类或者A子类的变量
    private T a;
     
    // 一个方法
    public void some(List<T> list);
}

所以可以看到，差别也不太大。

<? extends ClassA>

比如我们有一个Stack类，类里提供一个pullAll方法，我们想把一系列元素全部放到堆栈中，如下方法

   // Stack定义
   public class Stack<E> {
       public Stack();
       public E pop();
       public boolean isEmpty();
   }

   // ...
   public <E> void pushAll(Iterable<E> src) {
       for(E e : src) {
           push(e);
       }
   }

这个方法编译时没问题，Iterable src的元素类型与堆栈的类型完全匹配就没有问题。但是假如有一个Stack调用了push(intVal)，这里的intVal是Integer类型，这是可以的，因为Integer是Number的一个子类型，但下面的代码会报编译错误，

Stack<Number> numberStack = new Stack<Number>();
Iterable<Integer> integers = "...";
numberStack.pushAll(integers);

因为在Java中，参数化类型是不可变的。所以现在我们的通配符类型就派上用场了，代码如下

public void pushAll(Iterable<? extends E> scr) {
    for( E e : src) {
        push(e);
    }
}   

此处就必须用通配符?，代表泛型的泛指“E的某个子类型的Iterator接口”。

参考：
http://www.weixueyuan.net/view/6321.html
http://www.cnblogs.com/iyangyuan/archive/2013/04/09/3011274.html
https://zhidao.baidu.com/question/1543114508325510827.html(〈?extends A 〉与〈T extends A〉区别)
http://blog.youkuaiyun.com/cgf1993/article/details/50754584(<? extends SomeClass>与的区别)