一文通关苦涩难懂的Java泛型
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2021-04-08 10:05
前言
相信大家对Java泛型并不陌生,无论是开源框架还是JDK
源码都能看到它,毫不夸张的说,泛型是通用设计上必不可少的元素,所以真正理解与正确使用泛型,是一门必修课,本文将解开大家对泛型的疑惑,并通过大量实践,让你get到泛型正确的使用姿势,下面开始进入正题吧!
大纲
基础
因为本文重实践,而且面对的是Java开发人员群体,大家对泛型都有基础,所以泛型基础这块会快速过,帮助大家回忆下即可,后面主要的则重点是通配符
编译期与运行期
编译期是指把源码交给编译器编译成计算机可执行文件的过程,运行期是指把编译后的文件交给计算机执行,直到程序结束。
在Java
中就是把.java
文件编译成.class
文件,再把编译后的文件交给J V M
加载执行,如下图
泛型
泛型又叫“参数化类型”,这么抽象的专业词汇不好理解,阿星就用大白话的形式来解释。
人是铁,饭是刚,吃饭是刚需,要吃饭自然就少不了碗筷,但是没有规定碗只能盛饭,除了盛饭它还能盛汤、盛菜,制造者只造这个碗,不关心碗盛什么,具体要盛什么由使用者来决定,这就是泛型的概念。
泛型就是在定义类、接口、方法的时候指定某一种特定类型(碗),让类、接口、方法的使用者来决定具体用哪一种类型的参数(盛的东西)。
Java
的泛型是在1.5
引入的,只在编译期做泛型检查,运行期泛型就会消失,我们把这称为“泛型擦除”,最终类型都会变成 Object
。
在没有泛型之前,从集合中读取到的每一个对象都必须进行类型转换,如果不小心插入了错误的类型对象,在运行时的转换处理就会出错,有了泛型后,你可以告诉编译器每个集合接收的对象类型是什么,编译器在编译期就会做类型检查,告知是否插入了错误类型的对象,使得程序更加安全,也更加清楚。
最后插一句,泛型擦除与原生态类型(List就是原生态,List1.5
以前设计上的缺陷,为兼容非泛型代码,所作出的折中策略,所以不推荐使用原生态类型,如果使用了原生态类型,就失去了泛型在安全性与描述性方面的优势。
泛型类
类上定义泛型,作用于类的成员变量与函数,代码实例如下
public class GenericClass<T>{
//成员变量
private T t;
public void function(T t){
}
public T functionTwo(T t){
//注意,这个不是泛型方法!!!
return t;
}
}
泛型接口
接口上定义泛型,作用于函数,代码实例如下
public interface GenericInterface<T> {
public T get();
public void set(T t);
public T delete(T t);
default T defaultFunction(T t){
return t;
}
}
泛型函数
函数返回类型旁加上泛型,作用于函数,代码实例如下
public class GenericFunction {
public <T> void function(T t) {
}
public <T> T functionTwo(T t) {
return t;
}
public <T> String functionThree(T t) {
return "";
}
}
通配符
通配符是为了让Java
泛型支持范围限定,这样使得泛型的灵活性提升,同时也让通用性设计有了更多的空间。
<?>
:无界通配符,即类型不确定,任意类型<? extends T>
:上边界通配符,即?
是继承自T
的任意子类型,遵守只读不写<? super T>
:下边界通配符,即?
是T
的任意父类型,遵守只写不读
相信大部分人,都是倒在通配符这块,这里多唠叨点,「通配符限定的范围是体现在确认“参数化类型”的时候,而不是“参数化类型”填充后」,可能这句话不太好理解,来看看下面的代码
/**
* 1.创建泛型为Number的List类,Integer、Double、Long等都是Number的子类
* new ArrayList<>() 等价于 new ArrayList<Number>()
*/
List<Number> numberList = new ArrayList<Number>();
/**
* 2.添加不同子类
*/
numberList.add(1);//添加Integer类型
numberList.add(0.5);//添加Double类型
numberList.add(10000L);//添加Long类型
/**
* 3.创建泛型为Number的List类,Integer、Double、Long等都是Number的子类
* 引用是泛型类别是Number,但具体实现指定的泛型是Integer
*/
List<Number> numberListTwo = new ArrayList<Integer>();//err 异常编译不通过
/**
* 4.创建泛型为Integer的List类,把该对象的引用地址指向泛型为Number的List
*/
List<Integer> integerList = new ArrayList<Integer>();
List<Number> numberListThree = integerList;//err 异常编译不通过
第一步:我们创建一个泛型为 Number
的List
,编译器检查泛型类别是否一致,一致编译通过(确认参数化类型)第二步:泛型 Number
已经填充完毕,调用add
函数,此时add
入参泛型T
已经填充为Number
,add
可入参Number
或其子类第三步:我们又创建一个泛型为 Number
的List
,编译器检查泛型类别是否一致,不一致编译失败,提示错误(确认参数化类型)第四步:其实与第三步一样,只是做了一个间接的引用(确认参数化类型)
如果要解决上面的编译不通过问题,就需要使用通配符,代码如下
/**
* 1.上边界通配符,Number与Number子类
*/
List<? extends Number> numberListFour = new ArrayList<Number>();
numberListFour = new ArrayList<Integer>();
numberListFour = new ArrayList<Double>();
numberListFour = new ArrayList<Long>();
/**
* 2.下边界通配符,Integer与Integer父类
*/
List<? super Integer> integerList = new ArrayList<Integer>();
integerList = new ArrayList<Number>();
integerList = new ArrayList<Object>();
/**
* 3. 无界通配符,类型不确定,任意类型
*/
List<?> list = new ArrayList<Integer>();
list = new ArrayList<Number>();
list = new ArrayList<Object>();
list = new ArrayList<String>();
最后再来说上边界通配符只读不写,下边界通配符只写不读到底是什么意思,用最简单的话来说
<? extends T>
上边界通配符不作为函数入参,只作为函数返回类型,比如List<? extends T>
的使用add
函数会编译不通过,get
函数则没问题<? super T>
下边界通配符不作为函数返回类型,只作为函数入参,比如List<? super T>
的add
函数正常调用,get
函数也没问题,但只会返回Object
,所以意义不大
大家只需要记住上面的规则即可,如果想知道为什么这样设计,可以去了解下P E C S (producer-extends,consumer-super)
原则
最佳实践
相信过完基础理论大家很多东西都回忆起来了,不要着急,现在开始进入正题,后面内容会有大量的代码实践,所以大家要坐稳了,别晕车了,晕车的话多看几遍,或者评论区提出你的疑问~
无限通配符场景
使用泛型,类型参数不确定并且不关心实际的类型参数,就可以使用<?>
,像下面的代码
/**
* 获取集合长度
*/
public static <T> int size(Collection<T> list){
return list.size();
}
/**
* 获取集合长度-2
*/
public static int sizeTwo(Collection<?> list){
return list.size();
}
/**
* 获取任意Set两个集合交集数量
*/
public static <T,T2> int beMixedSum(Set<T> s1,Set<T2> s2){
int i = 0;
for (T t : s1) {
if (s2.contains(t)) {
i++;
}
}
return i;
}
/**
* 获取任意两个Set集合交集数量-2
*/
public static int beMixedSumTwo(Set<?> s1,Set<?> s2){
int i = 0;
for (Object o : s1) {
if (s2.contains(o)) {
i++;
}
}
return i;
}
size
与sizeTwo
这两个函数都可以正常使用,但是站在设计的角度,sizeTwo
会更合适,函数的目标是返回任意集合的长度,入参采用<T>
或<?>
都可以接收,但是函数本身并不关心你是什么类型参数,仅仅只要返回长度即可,所以采用<?>
。
beMixedSum
与beMixedSumTwo
这两个函数比较,道理同上面一样,beMixedSumTwo
会更合适,函数的目标是返回两个任意Set集合的交集数量,beMixedSum
函数虽然内部有使用到<T>
,但是意义不大,因为contains
入参是Object
,函数本身并不关心你是什么类型参数,所以采用<?>
。
忘了补充另一个场景,就是原生态类型,上述代码使用原生态类型函数使用也没问题,但是强烈不推荐,因为使用原生态就丢失了泛型带来的安全性与描述性!!!
上下边界通配符场景
首先泛型是不变的,换句话说List<Object> != List<String>
,有时候需要更多灵活性,就可以通过上下边界通配符来做提升。
/**
* 集合工具类
*/
public class CollectionUtils<T>{
/**
* 复制集合-泛型
*/
public List<T> listCopy(Collection<T> collection){
List<T> newCollection = new ArrayList<>();
for (T t : collection) {
newCollection.add(t);
}
return newCollection;
}
}
上面声明了一个CollectionUtils
类,拥有listCopy
方法,传入任意一个集合返回新的集合,看似没有什么问题,也很灵活,那再看看下面这段代码。
public static void main(String[] agrs){
CollectionUtils<Number> collectionUtils = new CollectionUtils<>();
List<Number> list = new ArrayList<>();
//list.add....
List<Integer> listTwo = new ArrayList<>();
//listTwo.add....
List<Double> listThree = new ArrayList<>();
//listThree.add....
List<Number> list1 = collectionUtils.listCopy(list);
list1 = collectionUtils.listCopy(listTwo);//err 编译异常
list1 = collectionUtils.listCopy(listThree);//err 编译异常
}
创建CollectionUtils
类,泛型的类型参数为Number
,listCopy
函数入参的泛型填充为Number
,此时listCopy
只支持泛型为Number
的List
,如果要让它同时支持泛型为Number
子类的List
,就需要使用上边界通配符,我们再追加一个方法
/**
* 集合工具
*/
public class CollectionUtils<T>{
/**
* 复制集合-泛型
*/
public List<T> listCopy(Collection<T> collection){
List<T> newCollection = new ArrayList<>();
for (T t : collection) {
newCollection.add(t);
}
return newCollection;
}
/**
* 复制集合-上边界通配符
*/
public List<T> listCopyTwo(Collection<? extends T> collection){
List<T> newCollection = new ArrayList<>();
for (T t : collection) {
newCollection.add(t);
}
return newCollection;
}
}
public static void main(String[] agrs){
CollectionUtils<Number> collectionUtils = new CollectionUtils<>();
List<Number> list = new ArrayList<>();
//list.add....
List<Integer> listTwo = new ArrayList<>();
//listTwo.add....
List<Double> listThree = new ArrayList<>();
//listThree.add....
List<Number> list1 = collectionUtils.listCopyTwo(list);
list1 = collectionUtils.listCopyTwo(listTwo);
list1 = collectionUtils.listCopyTwo(listThree);
}
现在使用listCopyTwo
就没有问题,listCopyTwo
对比listCopy
它的适用范围更广泛也更灵活,listCopy
能做的listCopyTwo
能做,listCopyTwo
能做的listCopy
就不一定能做了,除此之外,细心的小伙伴肯定发现了,使用上边界通配符的collection
在函数内只使用到了读操作,遵循了只读不写原则。
看完了上边界通配符,再来看看下边界通配符,依然是复制方法
/**
* 儿子
*/
public class Son extends Father{}
/**
* 父亲
*/
public class Father extends Grandpa{}
/**
* 爷爷
*/
public class Grandpa {}
/**
* 集合工具
*/
public class CollectionUtils<T>{
/**
* 复制集合-泛型
* target目标 src来源
*/
public void copy(List<T> target,List<T> src){
if (src.size() > target.size()){
for (int i = 0; i < src.size(); i++) {
target.set(i,src.get(i));
}
}
}
}
定义了3个类,分别是Son
儿子、Father
父亲、Grandpa
爷爷,它们是继承关系,作为集合元素,还声明了一个CollectionUtils
类,拥有copy
方法,传入两个集合,目标集合与来源集合,把来源集合元素复制到目标集合中,再看看下面这段代码
public static void main(String[] agrs){
CollectionUtils<Father> collectionUtils = new CollectionUtils<>();
List<Father> fatherTargets = new ArrayList<>();
List<Father> fatherSources = new ArrayList<>();
//fatherSources.add...
collectionUtils.copy(fatherTargets,fatherSources);
//子类复制到父类
List<Son> sonSources = new ArrayList<>();
//sonSources.add...
collectionUtils.copy(fatherTargets,sonSources);//err 编译异常
}
创建CollectionUtils
类,泛型的类型参数为Father
父亲,copy
函数入参的泛型填充为Father
,此时copy
只支持泛型为Father
的List
,也就说,只支持泛型的类型参数为Father
之间的复制,如果想支持把子类复制到父类要怎么做,先分析下copy
函数,copy
函数的入参src
在函数内部只涉及到了get
函数,即读操作(泛型只作为get
函数返回类型),符合只读不写原则,可以采用上边界通配符,调整代码如下
/**
* 集合工具
*/
public class CollectionUtils<T>{
/**
* 复制集合-泛型
* target目标 src来源
*/
public void copy(List<T> target,List<? extends T> src){
if (src.size() > target.size()){
for (int i = 0; i < src.size(); i++) {
target.set(i,src.get(i));
}
}
}
}
public static void main(String[] agrs){
CollectionUtils<Father> collectionUtils = new CollectionUtils<>();
List<Father> fatherTargets = new ArrayList<>();
List<Father> fatherSources = new ArrayList<>();
//fatherSources.add...
collectionUtils.copy(fatherTargets,fatherSources);
//子类复制到父类
List<Son> sonSources = new ArrayList<>();
//sonSources.add...
collectionUtils.copy(fatherTargets,sonSources);
//把子类复制到父类的父类
List<Grandpa> grandpaTargets = new ArrayList<>();
collectionUtils.copy(grandpaTargets,sonSources);//err 编译异常
}
src
入参调整为上边界通配符后,copy
函数传入List<Son> sonSources
就没问题了,此时的copy
函数相较之前的更加灵活了,支持同类与父子类复制,接着又发现了一个问题,目前能复制到上一级父类,如果是多级父类,还无法支持,继续分析copy
函数,copy
函数的入参target
在函数内部只涉及到了add
函数,即写操作(泛型只作为add
函数入参),符合只写不读原则,可以采用下边界通配符,调整代码如下
/**
* 集合工具
*/
public class CollectionUtils<T>{
/**
* 复制集合-泛型
* target目标 src来源
*/
public void copy(List<? super T> target,List<? extends T> src){
if (src.size() > target.size()){
for (int i = 0; i < src.size(); i++) {
target.set(i,src.get(i));
}
}
}
}
public static void main(String[] agrs){
CollectionUtils<Father> collectionUtils = new CollectionUtils<>();
List<Father> fatherTargets = new ArrayList<>();
List<Father> fatherSources = new ArrayList<>();
//fatherSources.add...
collectionUtils.copy(fatherTargets,fatherSources);
//子类复制到父类
List<Son> sonSources = new ArrayList<>();
//sonSources.add...
collectionUtils.copy(fatherTargets,sonSources);
//把子类复制到父类的父类
List<Grandpa> grandpaTargets = new ArrayList<>();
collectionUtils.copy(grandpaTargets,sonSources);
}
copy
函数终于是完善了,可以说现在是真正支持父子类复制,不难发现copy
函数的设计还是遵循通配符原则的,target
作为目标集合,只做写入,符合只写不读原则,采用了下边界通配符,src
作为来源集合,只做读取,符合只读不写原则,采用了上边界通配符,最后设计出来的copy
函数,它的灵活性与适用范围是远超<T>
方式设计的。
最后总结一下,什么时候用通配符,如果参数泛型类即要读也要写,那么就不推荐使用,使用正常的泛型即可,如果参数泛型类只读或写,就可以根据原则采用对应的上下边界,是不是十分简单,最后再说一次读写的含义,这块确实很容易晕
读:所谓读是指参数泛型类,泛型只作为该参数类的函数返回类型,那这个函数就是读, List
作为参数泛型类,它的get
函数就是读写:所谓写是指参数泛型类,泛型只作为该参数类的函数入参,那这个函数就是写, List
作为参数泛型类,它的add
函数就是读
留给小题,大家可以思考下Stream
的forEach
函数与map
函数的设计,在Java1.8 Stream
中是大量用到了通配符设计
-----------------------------------------------------------------
/**
* 下边界通配符
*/
void forEach(Consumer<? super T> action);
public interface Consumer<T> {
//写方法
void accept(T t);
}
-----------------------------------------------------------------
/**
* 上下边界通配符
*/
<R> Stream<R> map(Function<? super T, ? extends R> mapper)
public interface Function<T, R> {
//读写方法,T只作为入参符合写,R只作为返回值,符合读
R apply(T t);
}
-----------------------------------------------------------------
//代码案例
public static void main(String[] agrs) {
List<Father> fatherList = new ArrayList<>();
Consumer<? super Father> action = new Consumer<Father>() {
@Override
public void accept(Father father) {
//执行father逻辑
}
};
//下边界通配符向上转型
Consumer<? super Father> actionTwo = new Consumer<Grandpa>() {
@Override
public void accept(Grandpa grandpa) {
//执行grandpa逻辑
}
};
Function<? super Father, ? extends Grandpa> mapper = new Function<Father, Grandpa>() {
@Override
public Grandpa apply(Father father) {
//执行father逻辑后返回Grandpa
return new Grandpa();
}
};
//下边界通配符向上转型,上边界通配符向下转型
Function<? super Father, ? extends Grandpa> mapperTwo = new Function<Grandpa, Son>() {
@Override
public Son apply(Grandpa grandpa) {
//执行grandpa逻辑后,返回Son
return new Son();
}
};
fatherList.stream().forEach(action);
fatherList.stream().forEach(actionTwo);
fatherList.stream().map(mapper);
fatherList.stream().map(mapperTwo);
}
-----------------------------------------------------------------
有限制泛型场景
有限制泛型很简单了,应用场景就是你需要对泛型的参数类型做限制,就可以使用它,比如下面这段代码
public class GenericClass<T extends Grandpa> {
public void test(T t){
//....
}
}
public static void main(String[] agrs){
GenericClass<Grandpa> grandpaGeneric = new GenericClass<>();
grandpaGeneric.test(new Grandpa());
grandpaGeneric.test(new Father());
grandpaGeneric.test(new Son());
GenericClass<Father> fatherGeneric = new GenericClass<>();
fatherGeneric.test(new Father());
fatherGeneric.test(new Son());
GenericClass<Son> sonGeneric = new GenericClass<>();
sonGeneric.test(new Son());
GenericClass<Object> ObjectGeneric = new GenericClass<>();//err 编译异常
}
GenericClass
泛型参数化类型被限制为Grandpa
或其子类,就这么简单,千万不要把有限制泛型与上边界通配符搞混了,这两个不是同一个东西(<T extends Grandpa> != <? extends Grandpa>
),<T extends Grandpa>
不需要遵循上边界通配符的原则,它就是简单的泛型参数化类型限制,而且没有super
的写法。
递归泛型场景
在有限制泛型的基础上,又可以衍生出递归泛型,就是自身需要使用到自身,比如集合进行自定义元素大小比较的时候,通常会配合Comparable
接口来完成,看看下面这段代码
public class Person implements Comparable<Person> {
private int age;
public Person(int age) {
this.age = age;
}
public int getAge() {
return age;
}
@Override
public int compareTo(Person o) {
// 0代表相等 1代表大于 <0代表小于
return this.age - o.age;
}
}
/**
* 集合工具
*/
public class CollectionUtils{
/**
* 获取集合最大值
*/
public static <E extends Comparable<E>> E max(List<E> list){
E result = null;
for (E e : list) {
if (result == null || e.compareTo(result) > 0){
result = e;
}
}
return result;
}
}
public static void main(String[] agrs){
List<Person> personList = new ArrayList<>();
personList.add(new Person(12));
personList.add(new Person(19));
personList.add(new Person(20));
personList.add(new Person(5));
personList.add(new Person(18));
//返回年龄最大的Person元素
Person max = CollectionUtils.max(personList);
}
重点关注max
泛型函数,max
泛型函数的目标是返回集合最大的元素,内部比较元素大小,取最大值返回,也就说需要和同类型元素做比较,<E extends Comparable<E>>
含义是,泛型E
必须是Comparable
或其子类/实现类,因为比较元素是同类型,所以Comparable
泛型也是E
,最终接收的List
泛型参数化类型必须实现了Comparable
接口,并且Comparable
接口填充的泛型也是该参数化类型,就像上述代码一样。
—————END————— 推荐阅读:
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