Java中的泛型 (进阶篇)_java泛型的进阶使用-优快云博客

这一篇是关于泛型的进阶知识，如果有对泛型不了解的小伙伴可以移步第一篇基础版文章

Java中的泛型 (基础版)

本文主要介绍类型通配符的使用、泛型的继承以及类型擦除的知识点。

类型通配符

当我们想实现某个功能时，可能会出现这种情况：

这里实现一个简单的打印数字列表的方法

// 打印Integer类型的List
    public void showInteger(List<Integer> values) {
        for (Integer i : values) {
            System.out.println(i);
        }
    }

过了一会儿我又想实现一个打印Double类型列表的方法，于是：

// 打印Double类型的List
    public void showDouble(List<Double> values) {
        for (Double i : values) {
            System.out.println(i);
        }
    }

在过一会儿可能又想实现一个打印Long类型的列表，这样一来就光做了重复的工作。

这样就引入了类型通配符：

public void showNumber(List<?> values) {
        for (Object i : values) {
            System.out.println(i);
        }
    }

在这里，使用了List<?> 当形参的类型，表示List类型是一个通配类型，实现了不管什么类型的列表，传给这个方法就可以实现打印的功能。

上界通配符、下界通配符

这一部分稍难理解

上界通配符

先说上界通配符：定义为<? extends T>, " ? " 刚才讲到了，是一个通配符，extends 也可以理解，是继承，而" T "在这里可以是泛型，也可以是具体的类型，比如Number。什么意思，通配符继承自一个类型。那么就可以理解成给这个通配符加了一个限制：只能是T类型或其子类，那不就是给通配符规定了一个上界为“ T ”吗。

如果还是不理解，那么举个例子：现在有一个盘子，如果在不加限制条件的情况下是不是盘子里什么都能装，没错，这就是不加限制的通配符“ ？ ”。那么现在我给盘子加一个限制说，这个盘子只能装水果，那么我的这个盘子里是不是就只能装苹果、香蕉等等属于水果范畴的东西，这就好加了限制条件的通配符：<? extends fruit>。

理解了什么是上界通配符后，我们来看一下怎么使用：

开头的例子中

public void showNumber(List<?> values) {
        for (Object i : values) {
            System.out.println(i);
        }
    }

我们发现一个问题，在遍历的时候居然用Object给我接收列表中的变量，我们知道，要求是打印数字列表的方法，不管是Integer、Double还是Long类型，他们都继承自Number对象，那么我们可不可以给通配符加一个限制条件<? extends Number> 用来表示我只能装来自Number对象的数据。

于是代码改为：

public  void showNumber(List<? extends Number> values) {
        for (Number i : values) {
            System.out.println(i);
        }
    }

这样的话，我们取到的就是Number的数据了，因为我知道这个List装的都是Number及其子类。

好了，这个问题解决完了，还有下一个问题，也是比较难理解的问题：

我现在想实现往列表里添加元素，于是有了：

public List<? extends Number> addList(List<? extends Number> list) {
        list.add(1);  // 编译异常
        return list;
    }

结果发现：哎呦我去，添加的时候编译异常了，要知道我这List里装的可都是Number或其子类，按理来说应该能装进去啊。

我们思考这样一个问题，之前我们说 <? extends Number> 代指的意思是限制了一个上界，所以说这个List可以是List<Integer> 或 List<Double> 或 List<Number> ，这样一来如果这是List<Double>那是不是就不能装Integer类型的数据了，这也是上界通配符的一种特性：能用Number来读，但不能往里面写数据。后面的下界通配符正好相反：只能写，不能用Number读。真的什么都不能写了吗？其实我们可以通过反射去绕过类型检查来添加元素。

下界通配符

下界通配符，语法为 <? super T> 这里就不过多解释了，就是为通配符限制了一个下界，也就是说，通配符的类型只能是T及其父类类型。下界通配符就是用来写入数据了。

举例子：有一家宠物店有宠物笼子，猫笼子，和布偶猫笼子，现在有一只布偶猫，是不是把它放入哪个笼子都说得过去，也就是 <? super 布偶猫笼子>, 所以这样就可以写入数据了

public List<? super Number> addList(List<? super Number> list) {
        list.add(1);
        list.add(1.0);
        list.add(1.0f);
        return list;
    }

那读入数据可不可以呢，让我们实验一下：

我们用Number来接收List里的变量

public void showList(List<? super Number> list) {
        for (Number number : list) {  // 编译错误
            System.out.println(number);
        }
    }

我们发现还是报了一个编译错误，因为List里装的都是Number或其父类，无法确定就是Number类型。所以这里只能用Object类型来接收。

正确写法：

public void showList(List<? super Number> list) {
        for (Object o: list) {  // 编译错误
            System.out.println(number);
        }
    }

限制通配符在TreeSet中的应用

在TreeSet的构造方法中也使用了上下界通配符的方式

假设我们现在有三个类A、B、C，C继承B，B继承A

在TreeSet中有这样一个构造方法：

要求传入一个集合

        Set<A> setA = new HashSet<>();
        Set<B> setB = new HashSet<>();
        Set<C> setC = new HashSet<>();
        
        TreeSet<B> treeSet1 = new TreeSet<>(setA); // 报错
        TreeSet<B> treeSet2 = new TreeSet<>(setB);
        TreeSet<B> treeSet3 = new TreeSet<>(setC);

不难看出，当我们定义了B泛型的TreeSet，相应的构造方法中的泛型E就变为了B类型，然后可以传入B及其子类的Set对象进行构造

还有一个构造函数：

要求的是传入一个比较器

        Comparator<A> comparatorA = new ComparatorA();
        Comparator<B> comparatorB = new ComparatorB();
        Comparator<C> comparatorC = new ComparatorC();

        TreeSet<B> treeSet1 = new TreeSet<>(comparatorA);
        TreeSet<B> treeSet2 = new TreeSet<>(comparatorB);
        TreeSet<B> treeSet3 = new TreeSet<>(comparatorC); // 报错

这里就变为了B的子类C不能作为比较器进行传参，因为需要传B及其父类

类型擦除

基础篇中提到，泛型是JDK5后才提出的，我们知道，只要是后期出现的一种语法就会有与之前版本兼容的问题，那么泛型是如何解决兼容性问题的呢？

现在有这样一段代码：

        List<Integer> list1 = new ArrayList<>();
        List<Double> list2 = new ArrayList<>();

        System.out.println(list1.getClass() == list2.getClass());

分别给List加Integer 和 Double 泛型，然后检验他们的类是否相同

结果出人意料，返回结果是true

为什么会这样呢，这里明确定义了两种不同的泛型，为什么还会是同一个类呢。

用ASM插件观察一下编译后的字节码文件

我们发现，我们所定义的这两个局部变量都出自一个类，而先前定义的泛型也变为了注释的形式

说明一点：JDK在进行编译的时候，把泛型类型擦除掉了。

其实我们也能想到，从一开始泛型就是为类定义了一种规范，如果不按照规范进行书写，在编译时就会编译异常。用List来解释就是：在原来的List中不加泛型的话可能什么类型的数据都能够加入List中，相当于存储Object类型了，但是如果加泛型呢，依然是存储Object类型，不过如果加入的不是我想要的数据类型就会编译异常，这样一来List中就自然存放我想要的数据类型了，而泛型在后期也会被擦除掉。

下面就深入探讨一下类型擦除的机理

无限制类型擦除

这里我定义了一个水果盘子，没有加任何限制

public class FruitPlate<T> {
    private List<T> fruits;

    public void addFruit(T fruit) { // 添加
        fruits.add(fruit);
    }

    public T getFruit(int index) {  // 获取
        return fruits.get(index);
    }

}

如果我们没有给泛型加任何限制，那么在编译之后，泛型T的类型是什么样子的呢？这里为了方便，我直接用ASM插件查看编译后的字节码文件，当然也可使用反射在运行中查看参数类型

在编译后的字节码文件中，我们发现添加方法的形参上变为了Object类型，所以说泛型在不加任何限制时被擦除会被替代为Object类型。

添加上界的类型擦除

那么我为他添加一个上界呢

假设我定义了一个水果类型

public class Fruit {
}

让水果盘子的泛型继承水果类型，就是让水果盘子只能装水果：

public class FruitPlate<T extends Fruit> {
    private List<T> fruits;

    public void addFruit(T fruit) {
        fruits.add(fruit);
    }

    public T getFruit(int index) {
        return fruits.get(index);
    }

}

再进行编译：

就发现原来的泛型被擦除成了水果类型了，原因是：我们为这个泛型规定了一个上界，所以这个上界就已经可以包含所有的类型参数了。

添加下界的类型擦除

下界就很清楚了，因为规定的是下界，一定是Object才能包含所有的类型参数。所以擦除后变为Object类型，这里不再演示了。

桥方法

定义：是 Java 泛型实现中的一种补偿机制，通过自动生成中间方法解决类型擦除后的多态冲突，确保泛型类和接口的行为符合预期

什么是多态冲突，多态我们都知道，一个接口底下可以有多个实现该接口的实现类，我们下面模拟解释什么是类型擦除后的多态冲突问题。

定义一个泛型接口：

// 泛型接口
interface Comparable<T> {
    int compareTo(T o);
}

再定义一个实现类：

// 具体实现类（擦除后 T 变为 Object）
class MyInteger implements Comparable<Integer> {
    @Override
    public int compareTo(Integer o) {
        return 0;
    }
}

注意这里我们实现类的泛型规定为Integer类型，所以它的实现方法中就是Integer类型。我们刚才讲到类型擦除的时候提到，无限制的类型擦除都会被替换成Object类型，所以在类型擦除后原来的接口方法应该是这样的：

    public int compareTo(Object o);// 原接口方法泛型被替换为Object

根据方法重载我们知道，参数类型不同，那么方法不同，这两个方法不是同一个方法又是如何调用的呢。

为了解决这样的冲突问题，JDK则引入了桥方法的概念：

在编译时，JDK会根据继承关系、方法签名以及泛型类型擦除后的冲突情况，从而决定是否需要生成桥方法，具体的桥方法如下：

 // 编译器生成的桥方法
    public int compareTo(Object o) {
        return compareTo((Integer) o); // 类型转换并调用实际方法
    }

此方法是JDK为我们自动生成的方法，不需要自己实现。所以这个方法的执行顺序是：先检查接口方法，然后去子类中调用桥方法，最后通过桥方法调用实现方法。