Java泛型詳解，史上最全圖文詳解！-mikechen的網際網路架構

泛型在java中有很重要的地位，無論是開源框架還是JDK原始碼都能看到它。

毫不誇張的說，泛型是通用設計上必不可少的元素，所以真正理解與正確使用泛型，是一門必修課。

一：泛型本質

Java 泛型（generics）是 JDK 5 中引入的一個新特性, 泛型提供了編譯時型別安全檢測機制，該機制允許程式設計師在編譯時檢測到非法的型別。

泛型的本質是引數化型別，即給型別指定一個引數，然後在使用時再指定此引數具體的值，那樣這個型別就可以在使用時決定了。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。

二：為什麼使用泛型

泛型的好處是在編譯的時候檢查型別安全，並且所有的強制轉換都是自動和隱式的，提高程式碼的重用率。

（1）保證了型別的安全性。

在沒有泛型之前，從集合中讀取到的每一個物件都必須進行型別轉換，如果不小心插入了錯誤的型別物件，在執行時的轉換處理就會出錯。

比如：沒有泛型的情況下使用集合：

public static void noGeneric() {ArrayList names = new ArrayList();names.add("mikechen的網際網路架構");names.add(123); //編譯正常}

有泛型的情況下使用集合：

public static void useGeneric() {ArrayList<String> names = new ArrayList<>();names.add("mikechen的網際網路架構");names.add(123); //編譯不透過}

有了泛型後，定義好的集合names在編譯的時候add(123)就會編譯不透過。

相當於告訴編譯器每個集合接收的物件型別是什麼，編譯器在編譯期就會做型別檢查，告知是否插入了錯誤型別的物件，使得程式更加安全，增強了程式的健壯性。

（2）消除強制轉換

泛型的一個附帶好處是，消除原始碼中的許多強制型別轉換，這使得程式碼更加可讀，並且減少了出錯機會。
還是舉例說明，以下沒有泛型的程式碼段需要強制轉換：

List list = new ArrayList();list.add("hello");String s = (String) list.get(0);

當重寫為使用泛型時，程式碼不需要強制轉換：

List<String> list = new ArrayList<String>();list.add("hello");String s = list.get(0); // no cast

（3）避免了不必要的裝箱、拆箱操作，提高程式的效能

在非泛型程式設計中，將筒單型別作為Object傳遞時會引起Boxing（裝箱）和Unboxing（拆箱）操作，這兩個過程都是具有很大開銷的。引入泛型後，就不必進行Boxing和Unboxing操作了，所以執行效率相對較高，特別在對集合操作非常頻繁的系統中，這個特點帶來的效能提升更加明顯。

泛型變數固定了型別，使用的時候就已經知道是值型別還是引用型別，避免了不必要的裝箱、拆箱操作。

object a=1;//由於是object型別，會自動進行裝箱操作。 int b=(int)a;//強制轉換，拆箱操作。這樣一去一來，當次數多了以後會影響程式的執行效率。

使用泛型之後

public static T GetValue<T>(T a) {　　return a;} public static void Main() {　　int b=GetValue<int>(1);//使用這個方法的時候已經指定了型別是int，所以不會有裝箱和拆箱的操作。}

（4）提高了程式碼的重用性。

三：如何使用泛型

泛型有三種使用方式，分別為：泛型類、泛型介面和泛型方法。

1、泛型類

泛型類：把泛型定義在類上

定義格式：

public class 類名 <泛型型別1,...> {    }

注意事項：泛型型別必須是引用型別（非基本資料型別）

定義泛型類，在類名後新增一對尖括號，並在尖括號中填寫型別引數，引數可以有多個，多個引數使用逗號分隔：

public class GenericClass<ab,a,c> {}

當然，這個後面的引數型別也是有規範的，不能像上面一樣隨意，通常型別引數我們都使用大寫的單個字母表示：

T：任意型別 type
E：集合中元素的型別 element
K：key-value形式 key
V： key-value形式 value
示例程式碼：

泛型類：

public class GenericClass<T> {    private T value;      public GenericClass(T value) {        this.value = value;    }    public T getValue() {        return value;    }    public void setValue(T value) {        this.value = value;    }}

測試類：

//TODO 1:泛型類GenericClass<String> name = new GenericClass<>("mikechen的網際網路架構");System.out.println(name.getValue());  GenericClass<Integer> number = new GenericClass<>(123);System.out.println(number.getValue());

執行結果：

2、泛型介面

泛型方法概述：把泛型定義在方法上

定義格式：

public <泛型型別> 返回型別 方法名（泛型型別 變數名） {    }

注意要點：
- 方法宣告中定義的形參只能在該方法裡使用，而介面、類宣告中定義的型別形參則可以在整個介面、類中使用。當呼叫fun()方法時，根據傳入的實際物件，編譯器就會判斷出型別形參T所代表的實際型別。

public interface GenericInterface<T> {void show(T value);}}public class StringShowImpl implements GenericInterface<String> {@Overridepublic void show(String value) {System.out.println(value);}} public class NumberShowImpl implements GenericInterface<Integer> {@Overridepublic void show(Integer value) {System.out.println(value);}}

注意：使用泛型的時候，前後定義的泛型型別必須保持一致，否則會出現編譯異常：

GenericInterface<String> genericInterface = new NumberShowImpl();//編譯異常

或者乾脆不指定型別，那麼 new 什麼型別都是可以的：

GenericInterface g1 = new NumberShowImpl();GenericInterface g2 = new StringShowImpl();

3、泛型方法

泛型方法，是在呼叫方法的時候指明泛型的具體型別。

定義格式：

修飾符 <代表泛型的變數> 返回值型別方法名(引數){ }

例如：

/**     *     * @param t 傳入泛型的引數     * @param <T> 泛型的型別     * @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等形式的引數常用於表示泛型。     */    public <T> T genercMethod(T t){        System.out.println(t.getClass());        System.out.println(t);        return t;    }  public static void main(String[] args) {    GenericsClassDemo<String> genericString  = new GenericsClassDemo("helloGeneric"); //這裡的泛型跟下面呼叫的泛型方法可以不一樣。    String str = genericString.genercMethod("hello");//傳入的是String型別,返回的也是String型別    Integer i = genericString.genercMethod(123);//傳入的是Integer型別,返回的也是Integer型別}  class java.lang.Stringhello  class java.lang.Integer123

這裡可以看出，泛型方法隨著我們的傳入引數型別不同，他得到的型別也不同。泛型方法能使方法獨立於類而產生變化。

四：泛型萬用字元

Java泛型的萬用字元是用於解決泛型之間引用傳遞問題的特殊語法, 主要有以下三類:

//表示型別引數可以是任何型別 public class Apple<?>{}  //表示型別引數必須是A或者是A的子類public class Apple<T extends A>{}  //表示型別引數必須是A或者是A的超型別 public class Apple<T supers A>{} //定義泛型方法，表示引數必須是ApplicationContext的子類 public static <T extends ApplicationContext> List<T> getList(T type)

1. 無邊界的萬用字元(Unbounded Wildcards), 就是<?>, 比如List<?>
無邊界的萬用字元的主要作用就是讓泛型能夠接受未知型別的資料.

2. 固定上邊界的萬用字元(Upper Bounded Wildcards)，採用<? extends E>的形式

使用固定上邊界的萬用字元的泛型, 就能夠接受指定類及其子類型別的資料。

要宣告使用該類萬用字元, 採用<? extends E>的形式, 這裡的E就是該泛型的上邊界。

注意: 這裡雖然用的是extends關鍵字, 卻不僅限於繼承了父類E的子類, 也可以代指顯現了介面E的類

3. 固定下邊界的萬用字元(Lower Bounded Wildcards)，採用<? super E>的形式

使用固定下邊界的萬用字元的泛型, 就能夠接受指定類及其父類型別的資料.。

要宣告使用該類萬用字元, 採用<? super E>的形式, 這裡的E就是該泛型的下邊界.。

注意: 你可以為一個泛型指定上邊界或下邊界, 但是不能同時指定上下邊界。

五：泛型中KTVE的含義

果點開JDK中一些泛型類的原始碼，我們會看到下面這些程式碼：

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E> implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable{    ...}public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V>    implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable {    ...}

上面這些泛型類定義中的泛型引數E、K和V都是什麼意思呢？其實這些引數名稱是可以任意指定，就想方法的引數名一樣可以任意指定，但是我們通常會起一個有意義的名稱，讓別人一看就知道是什麼意思。泛型引數也一樣，E一般是指元素，用來集合類中。

常見泛型引數名稱有如下：

E： Element (在集合中使用，因為集合中存放的是元素)
T：Type（Java 類）
K： Key（鍵）
V： Value（值）
N： Number（數值型別）
？：表示不確定的java型別

六：泛型的實現原理

泛型本質是將資料型別引數化，它透過擦除的方式來實現，即編譯器會在編譯期間「擦除」泛型語法並相應的做出一些型別轉換動作。

看一個例子就應該清楚了，例如：

public class Caculate<T> {    private T num; }

我們定義了一個泛型類，定義了一個屬性成員，該成員的型別是一個泛型型別，這個 T 具體是什麼型別，我們也不知道，它只是用於限定型別的。

反編譯一下這個 Caculate 類：

public class Caculate{    public Caculate(){}    private Object num;}

發現編譯器擦除 Caculate 類後面的兩個尖括號，並且將 num 的型別定義為 Object 型別。

那麼是不是所有的泛型型別都以 Object 進行擦除呢？大部分情況下，泛型型別都會以 Object 進行替換，而有一種情況則不是。那就是使用到了extends和super語法的有界型別，如：

public class Caculate<T extends String> {    private T num;}

這種情況的泛型型別，num 會被替換為 String 而不再是 Object。

這是一個型別限定的語法，它限定 T 是 String 或者 String 的子類，也就是你構建 Caculate 例項的時候只能限定 T 為 String 或者 String 的子類，所以無論你限定 T 為什麼型別，String 都是父類，不會出現型別不匹配的問題，於是可以使用 String 進行型別擦除。

實際上編譯器會正常的將使用泛型的地方編譯並進行型別擦除，然後返回例項。但是除此之外的是，如果構建泛型例項時使用了泛型語法，那麼編譯器將標記該例項並關注該例項後續所有方法的呼叫，每次呼叫前都進行安全檢查，非指定型別的方法都不能呼叫成功。

實際上編譯器不僅關注一個泛型方法的呼叫，它還會為某些返回值為限定的泛型型別的方法進行強制型別轉換，由於型別擦除，返回值為泛型型別的方法都會擦除成 Object 型別，當這些方法被呼叫後，編譯器會額外插入一行 checkcast 指令用於強制型別轉換，這一個過程就叫做『泛型翻譯』。

七：最後

以上我就分別從Java泛型的誕生，再到泛型的使用，以及泛型的實現原理等六個方面進行了完整詳解，希望對你有所用！

關於作者：mikechen ，十餘年BAT架構經驗，資深技術專家，曾任職阿里、淘寶、百度。

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