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該系列博文會告訴你如何從入門到進階，一步步地學習Java基礎知識，並上手進行實戰，接著瞭解每個Java知識點背後的實現原理，更完整地瞭解整個Java技術體系，形成自己的知識框架。為了更好地總結和檢驗你的學習成果，本系列文章也會提供每個知識點對應的面試題以及參考答案。

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泛型概述

泛型在java中有很重要的地位，在物件導向程式設計及各種設計模式中有非常廣泛的應用。

什麼是泛型？為什麼要使用泛型？

泛型，即“引數化型別”。一提到引數，最熟悉的就是定義方法時有形參，然後呼叫此方法時傳遞實參。那麼引數化型別怎麼理解呢？顧名思義，就是將型別由原來的具體的型別引數化，類似於方法中的變數引數，此時型別也定義成引數形式（可以稱之為型別形參），然後在使用/呼叫時傳入具體的型別（型別實參）。

泛型的本質是為了引數化型別（在不建立新的型別的情況下，通過泛型指定的不同型別來控制形參具體限制的型別）。也就是說在泛型使用過程中，操作的資料型別被指定為一個引數，這種引數型別可以用在類、介面和方法中，分別被稱為泛型類、泛型介面、泛型方法。

一個栗子

一個被舉了無數次的例子：

List arrayList = new ArrayList();
arrayList.add("aaaa");
arrayList.add(100);
for(int i = 0; i< arrayList.size();i++){
    String item = (String)arrayList.get(i);
    Log.d("泛型測試","item = " + item);
}

毫無疑問，程式的執行結果會以崩潰結束：

java.lang.ClassCastException: java.lang.Integer cannot be cast to java.lang.String

ArrayList可以存放任意型別，例子中新增了一個String型別，新增了一個Integer型別，再使用時都以String的方式使用，因此程式崩潰了。為了解決類似這樣的問題（在編譯階段就可以解決），泛型應運而生。

我們將第一行宣告初始化list的程式碼更改一下，編譯器會在編譯階段就能夠幫我們發現類似這樣的問題。

List arrayList = new ArrayList ();
…
//arrayList.add(100); 在編譯階段，編譯器就會報錯

特性

泛型只在編譯階段有效。看下面的程式碼：

List<String> stringArrayList = new ArrayList<String>();
List<Integer> integerArrayList = new ArrayList<Integer>();
Class classStringArrayList = stringArrayList.getClass();
Class classIntegerArrayList = integerArrayList.getClass();
if(classStringArrayList.equals(classIntegerArrayList)){
    Log.d("泛型測試","型別相同");
}

通過上面的例子可以證明，在編譯之後程式會採取去泛型化的措施。也就是說Java中的泛型，只在編譯階段有效。在編譯過程中，正確檢驗泛型結果後，會將泛型的相關資訊擦出，並且在物件進入和離開方法的邊界處新增型別檢查和型別轉換的方法。也就是說，泛型資訊不會進入到執行時階段。

對此總結成一句話：泛型型別在邏輯上看以看成是多個不同的型別，實際上都是相同的基本型別。

泛型的使用方式

泛型有三種使用方式，分別為：泛型類、泛型介面、泛型方法

泛型類

泛型型別用於類的定義中，被稱為泛型類。通過泛型可以完成對一組類的操作對外開放相同的介面。最典型的就是各種容器類，如：List、Set、Map。

泛型類的最基本寫法（這麼看可能會有點暈，會在下面的例子中詳解）：

class 類名稱 <泛型標識：可以隨便寫任意標識號，標識指定的泛型的型別>{
  private 泛型標識 /*（成員變數型別）*/ var; 
  .....
  }

一個最普通的泛型類：

//此處T可以隨便寫為任意標識，常見的如T、E、K、V等形式的引數常用於表示泛型

//在例項化泛型類時，必須指定T的具體型別
public class Generic<T>{
    //在類中宣告的泛型整個類裡面都可以用，除了靜態部分，因為泛型是例項化時宣告的。
    //靜態區域的程式碼在編譯時就已經確定，只與類相關
    class A <E>{
        T t;
    }
    //類裡面的方法或類中再次宣告同名泛型是允許的，並且該泛型會覆蓋掉父類的同名泛型T
    class B <T>{
        T t;
    }
    //靜態內部類也可以使用泛型，例項化時賦予泛型實際型別
    static class C <T> {
        T t;
    }
    public static void main(String[] args) {
        //報錯，不能使用T泛型，因為泛型T屬於例項不屬於類
//        T t = null;
    }
    //key這個成員變數的型別為T,T的型別由外部指定
    private T key;
    public Generic(T key) { //泛型構造方法形參key的型別也為T，T的型別由外部指定
        this.key = key;
    }
    public T getKey(){ //泛型方法getKey的返回值型別為T，T的型別由外部指定
        return key;
    }
}

12-27 09:20:04.432 13063-13063/? D/泛型測試: key is 123456

12-27 09:20:04.432 13063-13063/? D/泛型測試: key is key_vlaue

定義的泛型類，就一定要傳入泛型型別實參麼？並不是這樣，在使用泛型的時候如果傳入泛型實參，則會根據傳入的泛型實參做相應的限制，此時泛型才會起到本應起到的限制作用。如果不傳入泛型型別實參的話，在泛型類中使用泛型的方法或成員變數定義的型別可以為任何的型別。

看一個例子：

Generic generic = new Generic("111111");
Generic generic1 = new Generic(4444);
Generic generic2 = new Generic(55.55);
Generic generic3 = new Generic(false);
Log.d("泛型測試","key is " + generic.getKey());
Log.d("泛型測試","key is " + generic1.getKey());
Log.d("泛型測試","key is " + generic2.getKey());
Log.d("泛型測試","key is " + generic3.getKey());
D/泛型測試: key is 111111
D/泛型測試: key is 4444
D/泛型測試: key is 55.55
D/泛型測試: key is false

注意：
泛型的型別引數只能是類型別，不能是簡單型別。
不能對確切的泛型型別使用instanceof操作。如下面的操作是非法的，編譯時會出錯。
if(ex_num instanceof Generic ){
}

泛型介面

泛型介面與泛型類的定義及使用基本相同。泛型介面常被用在各種類的生產器中，可以看一個例子：

//定義一個泛型介面
public interface Generator<T> {
    public T next();
}

當實現泛型介面的類，未傳入泛型實參時：

/**
 * 未傳入泛型實參時，與泛型類的定義相同，在宣告類的時候，需將泛型的宣告也一起加到類中
 * 即：class FruitGenerator<T> implements Generator<T>{
 * 如果不宣告泛型，如：class FruitGenerator implements Generator<T>，編譯器會報錯："Unknown class"
 */
class FruitGenerator<T> implements Generator<T>{
    @Override
    public T next() {
        return null;
    }
}

當實現泛型介面的類，傳入泛型實參時：

/**
 * 傳入泛型實參時：
 * 定義一個生產器實現這個介面,雖然我們只建立了一個泛型介面Generator<T>
 * 但是我們可以為T傳入無數個實參，形成無數種型別的Generator介面。
 * 在實現類實現泛型介面時，如已將泛型型別傳入實參型別，則所有使用泛型的地方都要替換成傳入的實參型別
 * 即：Generator<T>，public T next();中的的T都要替換成傳入的String型別。
 */
public class FruitGenerator implements Generator<String> {
    private String[] fruits = new String[]{"Apple", "Banana", "Pear"};
    @Override
    public String next() {
        Random rand = new Random();
        return fruits[rand.nextInt(3)];
    }
}

泛型萬用字元

我們知道Ingeter是Number的一個子類，同時在特性章節中我們也驗證過Generic 與Generic 實際上是相同的一種基本型別。那麼問題來了，在使用Generic 作為形參的方法中，能否使用Generic 的例項傳入呢？在邏輯上類似於Generic 和Generic 是否可以看成具有父子關係的泛型型別呢？

為了弄清楚這個問題，我們使用Generic 這個泛型類繼續看下面的例子：

public void showKeyValue1(Generic<Number> obj){
    Log.d("泛型測試","key value is " + obj.getKey());
}
Generic<Integer> gInteger = new Generic<Integer>(123);
Generic<Number> gNumber = new Generic<Number>(456);
showKeyValue(gNumber);
// showKeyValue這個方法編譯器會為我們報錯：Generic<java.lang.Integer> 
// cannot be applied to Generic<java.lang.Number>
// showKeyValue(gInteger);

通過提示資訊我們可以看到Generic 不能被看作為`Generic 的子類。由此可以看出:同一種泛型可以對應多個版本（因為引數型別是不確定的），不同版本的泛型類例項是不相容的。

回到上面的例子，如何解決上面的問題？總不能為了定義一個新的方法來處理Generic 型別的類，這顯然與java中的多臺理念相違背。因此我們需要一個在邏輯上可以表示同時是Generic 和Generic 父類的引用型別。由此型別萬用字元應運而生。

我們可以將上面的方法改一下：

public void showKeyValue1(Generic<?> obj){
    Log.d("泛型測試","key value is " + obj.getKey());

型別萬用字元一般是使用？代替具體的型別實參，注意，此處的？和Number、String、Integer一樣都是一種實際的型別，可以把？看成所有型別的父類。是一種真實的型別。

可以解決當具體型別不確定的時候，這個萬用字元就是 ? ；當操作型別時，不需要使用型別的具體功能時，只使用Object類中的功能。那麼可以用 ? 萬用字元來表未知型別

public void showKeyValue(Generic obj){
System.out.println(obj);
}

Generic<Integer> gInteger = new Generic<Integer>(123);
Generic<Number> gNumber = new Generic<Number>(456);
public void test () {
//        showKeyValue(gInteger);該方法會報錯
    showKeyValue1(gInteger);
}
public void showKeyValue1(Generic<?> obj) {
    System.out.println(obj);
}
// showKeyValue這個方法編譯器會為我們報錯：Generic<java.lang.Integer>
// cannot be applied to Generic<java.lang.Number>
// showKeyValue(gInteger);

。

泛型方法

在java中,泛型類的定義非常簡單，但是泛型方法就比較複雜了。

尤其是我們見到的大多數泛型類中的成員方法也都使用了泛型，有的甚至泛型類中也包含著泛型方法，這樣在初學者中非常容易將泛型方法理解錯了。
泛型類，是在例項化類的時候指明泛型的具體型別；泛型方法，是在呼叫方法的時候指明泛型的具體型別。

/**
 * 泛型方法的基本介紹
 * @param tClass 傳入的泛型實參
 * @return T 返回值為T型別
 * 說明：
 *     1）public 與 返回值中間<T>非常重要，可以理解為宣告此方法為泛型方法。
 *     2）只有宣告瞭<T>的方法才是泛型方法，泛型類中的使用了泛型的成員方法並不是泛型方法。
 *     3）<T>表明該方法將使用泛型型別T，此時才可以在方法中使用泛型型別T。
 *     4）與泛型類的定義一樣，此處T可以隨便寫為任意標識，常見的如T、E、K、V等形式的引數常用於表示泛型。
 */
    public <T> T genericMethod(Class<T> tClass)throws InstantiationException ,
      IllegalAccessException{
            T instance = tClass.newInstance();
            return instance;
    }
Object obj = genericMethod(Class.forName("com.test.test"));

泛型方法的基本用法

光看上面的例子有的同學可能依然會非常迷糊，我們再通過一個例子，把我泛型方法再總結一下。

/** 
 * 這才是一個真正的泛型方法。
 * 首先在public與返回值之間的<T>必不可少，這表明這是一個泛型方法，並且宣告瞭一個泛型T
 * 這個T可以出現在這個泛型方法的任意位置.
 * 泛型的數量也可以為任意多個 
 *    如：public <T,K> K showKeyName(Generic<T> container){
 *        ...
 *        }
 */
    public class 泛型方法 {
    @Test
    public void test() {
        test1();
        test2(new Integer(2));
        test3(new int[3],new Object());
        //列印結果
//        null
//        2
//        [I@3d8c7aca
//        java.lang.Object@5ebec15
    }
    //該方法使用泛型T
    public <T> void test1() {
        T t = null;
        System.out.println(t);
    }
    //該方法使用泛型T
    //並且引數和返回值都是T型別
    public <T> T test2(T t) {
        System.out.println(t);
        return t;
    }
    //該方法使用泛型T,E
    //引數包括T,E
    public <T, E> void test3(T t, E e) {
        System.out.println(t);
        System.out.println(e);
    }
}

類中的泛型方法

當然這並不是泛型方法的全部，泛型方法可以出現雜任何地方和任何場景中使用。但是有一種情況是非常特殊的，當泛型方法出現在泛型類中時，我們再通過一個例子看一下

//注意泛型類先寫類名再寫泛型，泛型方法先寫泛型再寫方法名
//類中宣告的泛型在成員和方法中可用
class A <T, E>{
    {
        T t1 ;
    }
    A (T t){
        this.t = t;
    }
    T t;
    public void test1() {
        System.out.println(this.t);
    }
    public void test2(T t,E e) {
        System.out.println(t);
        System.out.println(e);
    }
}
@Test
public void run () {
    A <Integer,String > a = new A<>(1);
    a.test1();
    a.test2(2,"ds");
//        1
//        2
//        ds
}
static class B <T>{
    T t;
    public void go () {
        System.out.println(t);
    }
}

泛型方法與可變引數

再看一個泛型方法和可變引數的例子：

public class 泛型和可變引數 {
    @Test
    public void test () {
        printMsg("dasd",1,"dasd",2.0,false);
        print("dasdas","dasdas", "aa");
    }
    //普通可變引數只能適配一種型別
    public void print(String ... args) {
        for(String t : args){
            System.out.println(t);
        }
    }
    //泛型的可變引數可以匹配所有型別的引數。。有點無敵
    public <T> void printMsg( T... args){
        for(T t : args){
            System.out.println(t);
        }
    }
        //列印結果：
    //dasd
    //1
    //dasd
    //2.0
    //false
}

靜態方法與泛型

靜態方法有一種情況需要注意一下，那就是在類中的靜態方法使用泛型：靜態方法無法訪問類上定義的泛型；如果靜態方法操作的引用資料型別不確定的時候，必須要將泛型定義在方法上。

即：如果靜態方法要使用泛型的話，必須將靜態方法也定義成泛型方法。

public class StaticGenerator<T> {
    ....
    ....
    /**
     * 如果在類中定義使用泛型的靜態方法，需要新增額外的泛型宣告（將這個方法定義成泛型方法）
     * 即使靜態方法要使用泛型類中已經宣告過的泛型也不可以。
     * 如：public static void show(T t){..},此時編譯器會提示錯誤資訊：
          "StaticGenerator cannot be refrenced from static context"
     */
    public static <T> void show(T t){
    }
}

泛型方法總結

泛型方法能使方法獨立於類而產生變化，以下是一個基本的指導原則：

無論何時，如果你能做到，你就該儘量使用泛型方法。也就是說，如果使用泛型方法將整個類泛型化，那麼就應該使用泛型方法。另外對於一個static的方法而已，無法訪問泛型型別的引數。所以如果static方法要使用泛型能力，就必須使其成為泛型方法。

泛型上下邊界

在使用泛型的時候，我們還可以為傳入的泛型型別實參進行上下邊界的限制，如：型別實參只准傳入某種型別的父類或某種型別的子類。

為泛型新增上邊界，即傳入的型別實參必須是指定型別的子型別

public class 泛型萬用字元與邊界 {
    public void showKeyValue(Generic<Number> obj){
        System.out.println("key value is " + obj.getKey());
    }
    @Test
    public void main() {
        Generic<Integer> gInteger = new Generic<Integer>(123);
        Generic<Number> gNumber = new Generic<Number>(456);
        showKeyValue(gNumber);
        //泛型中的子類也無法作為父類引用傳入
//        showKeyValue(gInteger);
    }
    //直接使用？萬用字元可以接受任何型別作為泛型傳入
    public void showKeyValueYeah(Generic<?> obj) {
        System.out.println(obj);
    }
    //只能傳入number的子類或者number
    public void showKeyValue1(Generic<? extends Number> obj){
        System.out.println(obj);
    }
    //只能傳入Integer的父類或者Integer
    public void showKeyValue2(Generic<? super Integer> obj){
        System.out.println(obj);
    }
    @Test
    public void testup () {
        //這一行程式碼編譯器會提示錯誤，因為String型別並不是Number型別的子類
        //showKeyValue1(generic1);
        Generic<String> generic1 = new Generic<String>("11111");
        Generic<Integer> generic2 = new Generic<Integer>(2222);
        Generic<Float> generic3 = new Generic<Float>(2.4f);
        Generic<Double> generic4 = new Generic<Double>(2.56);
        showKeyValue1(generic2);
        showKeyValue1(generic3);
        showKeyValue1(generic4);
    }
    @Test
    public void testdown () {
        Generic<String> generic1 = new Generic<String>("11111");
        Generic<Integer> generic2 = new Generic<Integer>(2222);
        Generic<Number> generic3 = new Generic<Number>(2);
//        showKeyValue2(generic1);本行報錯，因為String並不是Integer的父類
        showKeyValue2(generic2);
        showKeyValue2(generic3);
    }
}

== 關於泛型陣列要提一下 ==

看到了很多文章中都會提起泛型陣列，經過檢視sun的說明文件，在java中是”不能建立一個確切的泛型型別的陣列”的。

也就是說下面的這個例子是不可以的：
List<String>[] ls = new ArrayList<String>[10];  
而使用萬用字元建立泛型陣列是可以的，如下面這個例子：
List<?>[] ls = new ArrayList<?>[10];  
這樣也是可以的：
List<String>[] ls = new ArrayList[10];

下面使用Sun的一篇文件的一個例子來說明這個問題：

List<String>[] lsa = new List<String>[10]; // Not really allowed.    
Object o = lsa;    
Object[] oa = (Object[]) o;    
List<Integer> li = new ArrayList<Integer>();    
li.add(new Integer(3));    
oa[1] = li; // Unsound, but passes run time store check    
String s = lsa[1].get(0); // Run-time error: ClassCastException.

這種情況下，由於JVM泛型的擦除機制，在執行時JVM是不知道泛型資訊的，所以可以給oa[1]賦上一個ArrayList而不會出現異常，但是在取出資料的時候卻要做一次型別轉換，所以就會出現ClassCastException，如果可以進行泛型陣列的宣告，上面說的這種情況在編譯期將不會出現任何的警告和錯誤，只有在執行時才會出錯。

而對泛型陣列的宣告進行限制，對於這樣的情況，可以在編譯期提示程式碼有型別安全問題，比沒有任何提示要強很多。
下面採用萬用字元的方式是被允許的:陣列的型別不可以是型別變數，除非是採用萬用字元的方式，因為對於萬用字元的方式，最後取出資料是要做顯式的型別轉換的。

List<?>[] lsa = new List<?>[10]; // OK, array of unbounded wildcard type.    
Object o = lsa;    
Object[] oa = (Object[]) o;    
List<Integer> li = new ArrayList<Integer>();    
li.add(new Integer(3));    
oa[1] = li; // Correct.    
Integer i = (Integer) lsa[1].get(0); // OK

最後

本文中的例子主要是為了闡述泛型中的一些思想而簡單舉出的，並不一定有著實際的可用性。另外，一提到泛型，相信大家用到最多的就是在集合中，其實，在實際的程式設計過程中，自己可以使用泛型去簡化開發，且能很好的保證程式碼質量。

泛型常見面試題

Java中的泛型是什麼 ? 使用泛型的好處是什麼?

這是在各種Java泛型面試中，一開場你就會被問到的問題中的一個，主要集中在初級和中級面試中。那些擁有Java1.4或更早版本的開發背景的人都知道，在集合中儲存物件並在使用前進行型別轉換是多麼的不方便。泛型防止了那種情況的發生。它提供了編譯期的型別安全，確保你只能把正確型別的物件放入集合中，避免了在執行時出現ClassCastException。

Java的泛型是如何工作的 ? 什麼是型別擦除 ?

這是一道更好的泛型面試題。泛型是通過型別擦除來實現的，編譯器在編譯時擦除了所有型別相關的資訊，所以在執行時不存在任何型別相關的資訊。例如 List 在執行時僅用一個List來表示。這樣做的目的，是確保能和Java 5之前的版本開發二進位制類庫進行相容。你無法在執行時訪問到型別引數，因為編譯器已經把泛型型別轉換成了原始型別。根據你對這個泛型問題的回答情況，你會得到一些後續提問，比如為什麼泛型是由型別擦除來實現的或者給你展示一些會導致編譯器出錯的錯誤泛型程式碼。請閱讀我的Java中泛型是如何工作的來了解更多資訊。

什麼是泛型中的限定萬用字元和非限定萬用字元 ?

這是另一個非常流行的Java泛型面試題。限定萬用字元對型別進行了限制。有兩種限定萬用字元，一種是<? extends T>它通過確保型別必須是T的子類來設定型別的上界，另一種是<? super T>它通過確保型別必須是T的父類來設定型別的下界。泛型型別必須用限定內的型別來進行初始化，否則會導致編譯錯誤。另一方面<?>表示了非限定萬用字元，因為<?>可以用任意型別來替代。更多資訊請參閱我的文章泛型中限定萬用字元和非限定萬用字元之間的區別。

List<? extends T>和List <? super T>之間有什麼區別 ?

這和上一個面試題有聯絡，有時面試官會用這個問題來評估你對泛型的理解，而不是直接問你什麼是限定萬用字元和非限定萬用字元。這兩個List的宣告都是限定萬用字元的例子，List<? extends T>可以接受任何繼承自T的型別的List，而List<? super T>可以接受任何T的父類構成的List。例如List<? extends Number>可以接受List 或List 。在本段出現的連線中可以找到更多資訊。

如何編寫一個泛型方法，讓它能接受泛型引數並返回泛型型別?

編寫泛型方法並不困難，你需要用泛型型別來替代原始型別，比如使用T, E or K,V等被廣泛認可的型別佔位符。泛型方法的例子請參閱Java集合類框架。最簡單的情況下，一個泛型方法可能會像這樣:

public V put(K key, V value) {

return cache.put(key, value);

}

Java中如何使用泛型編寫帶有引數的類?

這是上一道面試題的延伸。面試官可能會要求你用泛型編寫一個型別安全的類，而不是編寫一個泛型方法。關鍵仍然是使用泛型型別來代替原始型別，而且要使用JDK中採用的標準佔位符。

編寫一段泛型程式來實現LRU快取?

對於喜歡Java程式設計的人來說這相當於是一次練習。給你個提示，LinkedHashMap可以用來實現固定大小的LRU快取，當LRU快取已經滿了的時候，它會把最老的鍵值對移出快取。LinkedHashMap提供了一個稱為removeEldestEntry()的方法，該方法會被put() 和putAll()呼叫來刪除最老的鍵值對。當然，如果你已經編寫了一個可執行的JUnit測試，你也可以隨意編寫你自己的實現程式碼。

你可以把List 傳遞給一個接受List

對任何一個不太熟悉泛型的人來說，這個Java泛型題目看起來令人疑惑，因為乍看起來String是一種Object，所以 List 應當可以用在需要List

夯實Java基礎系列13：深入理解Java中的泛型