Java 泛型不再难：简单示例助你快速掌握

前言

在 Java 编程中，泛型可能听起来有点抽象，但它实际上是一个非常实用的功能，可以让你的代码既简洁又安全。简单来说，泛型让我们能够编写更加通用的代码，不用担心类型出错，也避免了大量的重复代码。你会发现，泛型在集合框架、方法、类的定义中都有着广泛的应用，它让程序更灵活、更易维护。

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1. 泛型是什么

Java 泛型（Generics）是 Java 语言的一种特性，用于在定义类、接口和方法时通过类型参数来指定其操作的数据类型。泛型的主要目的是提供类型安全，减少强制类型转换，并使代码更具可读性和可维护性。

2. 泛型的使用方法

2.1. 泛型类

泛型类是最常见的泛型应用。通过在类名后面加上一个类型参数，可以让类在使用时指定具体的类型。

示例：

// 定义一个泛型类
public class Box<T>  {
    private T value;

    public void setValue(T value) {
        this.value = value;
    }

    public T getValue() {
        return value;
    }
}

// 使用泛型类
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Box<Integer>  intBox = new Box<> ();
        intBox.setValue(10);
        System.out.println(intBox.getValue());  // 输出: 10

        Box<String>  strBox = new Box<> ();
        strBox.setValue("Hello");
        System.out.println(strBox.getValue());  // 输出: Hello
    }
}

2.2. 泛型方法

泛型不仅可以用于类，还可以用于方法。泛型方法是指方法中使用类型参数，在方法调用时由调用者提供具体的类型。

示例：

// 定义一个泛型方法
public class GenericMethodExample {

    // 泛型方法
    public static <T>  void printArray(T[] array) {
        for (T element : array) {
            System.out.println(element);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Integer[] intArray = {1, 2, 3};
        String[] strArray = {"A", "B", "C"};

        printArray(intArray);  // 输出: 1 2 3
        printArray(strArray);  // 输出: A B C
    }
}

2.3. 泛型接口

与泛型类类似，泛型也可以应用到接口中。你可以在接口中定义类型参数，然后在实现类中指定具体的类型。

示例：

// 定义一个泛型接口
public interface Pair<K, V>  {
    K getKey();
    V getValue();
}

// 实现泛型接口
public class ConcretePair<K, V>  implements Pair<K, V>  {
    private K key;
    private V value;

    public ConcretePair(K key, V value) {
        this.key = key;
        this.value = value;
    }

    public K getKey() {
        return key;
    }

    public V getValue() {
        return value;
    }

    public static void main(String[] args) {
        Pair<String, Integer>  pair = new ConcretePair<> ("Age", 25);
        System.out.println(pair.getKey() + ": " + pair.getValue());  // 输出: Age: 25
    }
}

2.4. 通配符（Wildcard）

Java 泛型中，通配符（?）可以用来表示不确定的类型，常见的有：

• ? extends T： 表示类型 T 或其子类型。
• ? super T： 表示类型 T 或其父类型。
• ?： 表示任意类型。

示例：

// 使用通配符作为方法参数
public class WildcardExample {

    // 这里的 T 是 List 的元素类型，而 T 是泛型类 Box 中的泛型类型
    public static void printList(List<? extends Number>  list) {
        for (Number num : list) {
            System.out.println(num);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        List<Integer>  intList = List.of(1, 2, 3);
        List<Double>  doubleList = List.of(1.1, 2.2, 3.3);

        printList(intList);  // 输出: 1 2 3
        printList(doubleList);  // 输出: 1.1 2.2 3.3
    }
}

2.5. 泛型约束

可以通过extends关键字来限制泛型的类型范围。使用T extends Number表示 T 必须是 Number 类型或者其子类。

示例：

public class GenericBoundsExample {

    // 约束 T 类型必须是 Number 或其子类
    public static <T extends Number>  void printNumber(T number) {
        System.out.println(number);
    }

    public static void main(String[] args) {
        printNumber(10);    // 输出: 10
        printNumber(10.5);  // 输出: 10.5
        // printNumber("Hello");  // 编译错误: String 不是 Number 的子类
    }
}

2.6. 泛型与集合

Java 泛型最常见的应用场景是集合框架。使用泛型可以让集合只包含指定类型的元素，避免了类型转换的麻烦。

示例：

public class GenericListExample {
    public static void main(String[] args) {
        List<String>  stringList = new ArrayList<> ();
        stringList.add("Java");
        stringList.add("Generics");

        // 不需要类型转换
        for (String str : stringList) {
            System.out.println(str);  // 输出: Java  Generics
        }

        // List<Object>  objectList = stringList;  // 编译错误，类型不兼容
    }
}

3. 泛型常用符号和字符

1. <T> 、<E> 、<K, V> ： 类型参数占位符
   这些字母是泛型中常用的占位符，代表任意类型。比如 T 常代表“类型”，E 代表“元素”，K 和 V 代表“键”和“值”，通常用于集合或映射的泛型类中。

2. ?： 通配符
   ? 表示未知类型，常用于方法或类的参数中。它允许你在不知道具体类型的情况下，接收任何类型的对象。

3. ? extends T： 上界通配符
   ? extends T 表示类型是 T 或 T 的子类。这个通配符通常用于读取数据时，确保你只能从容器中取出类型 T 或其子类的数据。

4. ? super T： 下界通配符
   ? super T 表示类型是 T 或 T 的父类。它允许你将数据写入容器中，但读取时只能按父类类型处理数据。

5. extends： 限制泛型的上界
   使用 extends 可以限制泛型的类型范围，确保泛型类型是某个类或接口的子类。这保证了你在使用泛型时的数据类型是安全的。

6. super： 限制泛型的下界
   使用 super 限制泛型类型的下界，允许你将数据添加到容器中，但读取时只能当做更通用的类型（如父类）来处理。

4. 泛型的常见应用场景

1. 集合框架
   泛型确保集合中的元素类型一致，避免类型转换错误。例如： List<String> 、Map<K, V> 。

2. 通用方法
   泛型方法可处理多种类型，适合实现通用工具，比如排序、查找等。

3. 自定义类或接口
   泛型类和接口适用于通用逻辑，如数据结构（栈、队列）或业务模型（Repository<T> ）。

4. 数据库操作
   泛型用于封装 DAO 类，支持对不同实体的通用数据库操作。

5. 设计模式
   泛型简化了工厂模式、策略模式等，使代码更灵活和通用。

6. 并发工具
   如 ThreadLocal<T> 和 Future<T> ，泛型确保线程安全和结果类型一致。

7. 事件处理
   泛型适合定义和处理多种类型的事件，提升事件模型的通用性。

5. 泛型的优缺点

优点

1. 类型安全
   泛型能够在编译时检查类型，避免了运行时可能发生的类型转换错误。

2. 代码复用性高
   泛型使得代码更加通用，可以处理多种类型的数据，减少了重复代码。

3. 提高可读性和可维护性
   泛型让代码更加清晰，减少了手动类型转换，提升了可读性。

4. 减少类型转换错误
   泛型消除了强制类型转换的需要，避免了潜在的运行时错误。

缺点

1. 学习曲线
   对于初学者，泛型概念可能会稍显复杂，尤其是涉及通配符、类型约束等时。

2. 类型擦除
   Java 的泛型使用类型擦除机制，导致在运行时无法获取泛型类型的具体信息，限制了一些操作。

3. 不能创建泛型数组
   由于类型擦除，无法直接创建泛型类型的数组。

4. 性能开销（轻微）
   泛型可能会引入一些性能开销，尽管通常较小，但在极限性能需求下需要注意。

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结语

Java 泛型不仅提供了类型安全和代码复用的优势，还帮助开发者编写更加灵活、可维护的代码。通过合理应用泛型，我们可以在确保类型一致性的同时，处理不同的数据类型和复杂的业务逻辑，极大地提升了代码的可扩展性和健壮性。


尽管泛型有一定的学习曲线和限制，但它在实际开发中的应用无疑是不可或缺的。掌握泛型的使用，能够帮助我们在复杂的项目中构建更加稳定和高效的代码。因此，无论是在日常的集合操作、数据库交互，还是在实现设计模式和多线程编程时，泛型都是一个强大的工具。


最后希望通过本文，大家能够对 Java 泛型有一个更加全面的理解，并能在实际项目中充分发挥其优势。如果你还在探索泛型的使用，欢迎在实践中多加尝试，相信你会收获更多的经验与体会。