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Java泛型深入理解

2016-03-30 23:18 459 查看
泛型的好处:    泛型的主要好处就是让编译器保留参数的类型信息,执行类型检查,执行类型转换(casting)操作,编译器保证了这些类型转换(casting)的绝对无误。
        /******* 不使用泛型类型 *******/
        List list1 = new ArrayList();
        list1.add(8080);                                  //编译器不检查值
        String str1 = (String)list1.get(0); //需手动强制转换,如转换类型与原数据类型不一致将抛出ClassCastException异常
       
        /******* 使用泛型类型 *******/
        List<String> list2 = new ArrayList<String>();
        list2.add("value");                 //[类型安全的写入数据] 编译器检查该值,该值必须是String类型才能通过编译
        String str2 = list2.get(0); //[类型安全的读取数据] 不需要手动转换
       
泛型的类型擦除:    Java 中的泛型只存在于编译期,在将 Java 源文件编译完成 Java 字节代码中是不包含泛型中的类型信息的。使用泛型的时候加上的类型参数,会被编译器在编译的时候去掉。    这个过程就称为类型擦除(type erasure)。
        List<String>    list1 = new ArrayList<String>();
        List<Integer> list2 = new ArrayList<Integer>();
       
        System.out.println(list1.getClass() == list2.getClass()); // 输出结果: true
        System.out.println(list1.getClass().getName()); // 输出结果: java.util.ArrayList
        System.out.println(list2.getClass().getName()); // 输出结果: java.util.ArrayList
       在以上代码中定义的 List<String> 和 List<Integer> 等类型,在编译之后都会变成 List,而由泛型附加的类型信息对 JVM 来说是不可见的,所以第一条打印语句输出 true,第二、第三条打印语句都输出 java.util.ArrayList,这都说明 List<String> 和 List<Integer> 的对象使用的都是同一份字节码,运行期间并不存在泛型。来看一个简单的例子:
package test;import java.util.List;
/**
 * -----------------------------------------
 * @描述  类型擦除
 * @作者  fancy
 * @邮箱  fancydeepin@yeah.net
 * @日期  2012-8-25 <p>
 * -----------------------------------------
 */
public class GenericsApp {   
    public void method(List<String> list){
       
    }
   
    /*
     * 编译出错,这两个方法不属于重载,由于类型的擦除,使得这两个方法的参数列表的参数均为List类型,
     * 这就相当于同一个方法被声明了两次,编译自然无法通过了
     *
    public void method(List<Integer> list){
       
    }
    */
   
}以此类为例,在 cmd 中 编译 GenericsApp.java 得到字节码(泛型已经擦除),然后再反编译这份字节码来看下源码中泛型是不是真的被擦除了: 从图中可以看出,经反编译后的源码中 method 方法的参数变成了 List 类型,说明泛型的类型是真的被擦除了,字节码文件中不存在泛型,也就是说,运行期间泛型并不存在,它在编译完成之后就已经被擦除了。
泛型类型的子类型:    泛型类型跟其是否是泛型类型的子类型没有任何关系。
        List<Object> list1;
        List<String> list2;
       
        list1 = list2; // 编译出错
        list2 = list1; // 编译出错大家都知道,在 Java 中,Object 类是所有类的超类,自然而然的 Object 类是 String 类的超类,按理,将一个 String 类型的对象赋值给一个 Object 类型的对象是可行的,但是泛型中并不存在这样的逻辑,用更通俗的话说,泛型类型跟其是否子类型没有任何关系。
泛型中的通配符(?):    由于泛型类型与其子类型存在不相关性,那么在不能确定泛型类型的时候,可以使用通配符(?),通配符(?)能匹配任意类型。
        List<?> list;
        List<Object> list1 = null;
        List<String>  list2 = null;
       
        list = list1;
        list = list2;
限定通配符的上界:
        ArrayList<? extends Number> collection = null;
       
        collection = new ArrayList<Number>();
        collection = new ArrayList<Short>();
        collection = new ArrayList<Integer>();
        collection = new ArrayList<Long>();
        collection = new ArrayList<Float>();
        collection = new ArrayList<Double>();
        ? extends XX,XX 类是用来限定通配符的上界,XX 类是能匹配的最顶层的类,它只能匹配 XX 类以及 XX 类的子类。在以上代码中,Number 类的实现类有:AtomicInteger、AtomicLong、 BigDecimal、 BigInteger、 Byte、 Double、 Float、 Integer、 Long、 Short ,因此以上代码均无错误。
限定通配符的下界:
        ArrayList<? super Integer> collection = null;
       
        collection = new ArrayList<Object>();
        collection = new ArrayList<Number>();
        collection = new ArrayList<Integer>();
        ? super XX,XX 类是用来限定通配符的下界,XX 类是能匹配的最底层的类,它只能匹配 XX 类以及 XX 类的超类,在以上代码中,Integer 类的超类有:Number、Object,因此以上代码均能通过编译无误。
通过反射获得泛型的实际类型参数:    这个就有点难度了,上面已经说到,泛型的类型参数会在编译完成以后被擦除,那在运行期间还怎么来获得泛型的实际类型参数呢?这个是有点难度了吧?似乎不可能实现的样子,    其实不然,java.lang.Class 类从 Java 1.5 起(如果没记错的话),提供了一个 getGenericSuperclass() 方法来获取直接超类的泛型类型,这就使得获取泛型的实际类型参数成为    了可能,下面来看一段代码,这段代码很精辟,很有用,大家一定要学到手哈:
package test;import java.lang.reflect.ParameterizedType;
/**
 * -----------------------------------------
 * @描述  泛型的实际类型参数
 * @作者  fancy
 * @邮箱  fancydeepin@yeah.net
 * @日期  2012-8-25 <p>
 * -----------------------------------------
 */
public class Base<T> {    private Class<T> entityClass;
   
    //代码块,也可将其放置到构造子中
    {
        entityClass =(Class<T>)((ParameterizedType)getClass().getGenericSuperclass()).getActualTypeArguments()[0];
           
    }
   
    //泛型的实际类型参数的类全名
    public String getEntityName(){
       
        return entityClass.getName();
    }
   
    //泛型的实际类型参数的类名
    public String getEntitySimpleName(){
       
        return entityClass.getSimpleName();
    }    //泛型的实际类型参数的Class
    public Class<T> getEntityClass() {
        return entityClass;
    }
   
}以上代码的精华全在这句:(Class<T>)((ParameterizedType)getClass().getGenericSuperclass()).getActualTypeArguments()[0];实际上,这句话咋看起来很难看的明白,理解起来就更加的吃力了,下面容我来将这句复杂的代码拆分开来,理解起来可能会好些:
    //代码块,也可将其放置到构造子中
    {
        //entityClass =(Class<T>)((ParameterizedType)getClass().getGenericSuperclass()).getActualTypeArguments()[0];
        try {
            Class<?> clazz = getClass(); //获取实际运行的类的 Class
            Type type = clazz.getGenericSuperclass(); //获取实际运行的类的直接超类的泛型类型
            if(type instanceof ParameterizedType){ //如果该泛型类型是参数化类型
                Type[] parameterizedType = ((ParameterizedType)type).getActualTypeArguments();//获取泛型类型的实际类型参数集
                entityClass = (Class<T>) parameterizedType[0]; //取出第一个(下标为0)参数的值
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
           
    }
   注意,获取 Class 实例的时候是用 getClass(),而不是用 Base.class,获取 Class 的方式有三种,这是其中的两种,还有一种是 Class.forName("类全名"),如需了解反射的基础知识请前往上一篇随笔 java 反射基础那么,Base.class 与 getClass(),这两个方法来获取类的字节码的时候,有什么不一样的地方呢?当然有不一样的地方了,Base.class 是写死了的,它得到的永远是 Base 类的字节码,而 getClass() 方法则不同,在上面代码注释中的第一、二行注释我用了“实际运行的类”6个字,这几个字很重要,一定要理解,如果无法理解,下面的你可能就看不懂了。为了方便大家的理解,下面插加一个小例子来加以说明 类.class 与 getClass() 两种方法来获取类的字节码有什么区别:
package test;
/**
 * -----------------------------------------
 * @描述  超类
 * @作者  fancy
 * @邮箱  fancydeepin@yeah.net
 * @日期  2012-8-25 <p>
 * -----------------------------------------
 */
public class Father {    public Father (){
       
        System.out.println("Father 类的构造子:");
        System.out.println("Father.class :" + Father.class);
        System.out.println("getClass()      :" + getClass());
    }
   
}
package test;/**
 * -----------------------------------------
 * @描述  超类的子类(超类的实现类)
 * @作者  fancy
 * @邮箱  fancydeepin@yeah.net
 * @日期  2012-8-25 <p>
 * -----------------------------------------
 */
public class Children extends Father{   
}
package test;
/**
 * -----------------------------------------
 * @描述  测试类
 * @作者  fancy
 * @邮箱  fancydeepin@yeah.net
 * @日期  2012-8-25 <p>
 * -----------------------------------------
 */
public class Test {    public static void main(String[] args){
       
        new Children(); //实际运行的类是Children(Father类的子类或者说是实现类)
    }
   
}后台打印输出的结果:Father 类的构造子:
Father.class :class test.Father
getClass()      :class test.Children 从打印出的结果看来,类.class 与 getClass() 的区别很明了了,getClass() 获取的是实际运行的类的字节码,它不一定是当前类的 Class,有可能是当前类的子类的 Class,具体是哪个类的 Class,需要根据实际运行的类来确定,new 哪个类,getClass() 获取的就是哪个类的 Class,而 类.class 获取得到的 Class 永远只能是该类的 Class,这点是有很大的区别的。这下“实际运行的类”能理解了吧,那么上面的那段被拆分的代码也就不难理解了,getClass() 理解了那 clazz.getGenericSuperclass() 也就没什么问题了吧,千万不要以为clazz.getGenericSuperclass() 获取得到的是 Object 类那就成了,实际上假如当前运行的类是 Base 类的子类,那么 clazz.getGenericSuperclass() 获取得到的就是 Base 类。再者就是最后一句,(Class<T>) parameterizedType[0],怎么就知道第一个参数(parameterizedType[0])就是该泛型的实际类型呢?很简单,因为 Base<T> 的泛型的类型参数列表中只有一个参数,所以,第一个元素就是泛型 T 的实际参数类型。其余的已经加了注释,看一下就明白了,这里不多解释,下面 Base 这个类是不是就直接能使用了呢?来看一下就知道了:
package test;
/**
 * -----------------------------------------
 * @描述  测试类
 * @作者  fancy
 * @邮箱  fancydeepin@yeah.net
 * @日期  2012-8-25 <p>
 * -----------------------------------------
 */
public class Test {    public static void main(String[] args){
       
        Base<String> base = new Base<String>();
        System.out.println(base.getEntityClass());                        //打印输出 null
    //    System.out.println(base.getEntityName());                //抛出 NullPointerException 异常
    //    System.out.println(base.getEntitySimpleName()); //抛出 NullPointerException 异常
    }
   
}从打印的结果来看,Base 类并不能直接来使用,为什么会这样?原因很简单,由于 Base 类中的 clazz.getGenericSuperclass() 方法,如果随随便便的就确定 Base 类的泛型的类型参数,则很可能无法通过 Base 类中的 if 判断,导致 entityClass 的值为 null,像这里的 Base<String>,String 的 超类是 Object,而 Object 并不能通过 if 的判断语句。Base 类不能够直接来使用,而是应该通过其子类来使用,Base 应该用来作为一个基类,我们要用的是它的具体的子类,下面来看下代码,它的子类也不是随便写的:
package test;
/**
 * -----------------------------------------
 * @描述  Base类的实现类
 * @作者  fancy
 * @邮箱  fancydeepin@yeah.net
 * @日期  2012-8-25 <p>
 * -----------------------------------------
 */
public class Child extends Base<Child>{}从上面代码来看,Base 的泛型类型参数就是 Base 的子类本身,这样一来,当使用 Base 类的子类 Child 类时,Base 类就能准确的获取到当前实际运行的类的 Class,来看下怎么使用
package test;
/**
 * -----------------------------------------
 * @描述  测试类
 * @作者  fancy
 * @邮箱  fancydeepin@yeah.net
 * @日期  2012-8-25 <p>
 * -----------------------------------------
 */
public class Test {    public static void main(String[] args){
       
        Child child = new Child();
        System.out.println(child.getEntityClass());
        System.out.println(child.getEntityName());
        System.out.println(child.getEntitySimpleName());
    }
   
}后台打印输出的结果:
class test.Child
test.Child
Child好了,文章接近尾声了,如果你能理解透这个例子,你可以将这个思想运用到 DAO 层面上来,以 Base 类作为所有 DAO 实现类的基类,在 Base 类里面实现数据库的 CURD 等基本操作,然后再使所有具体的 DAO 类来实现这个基类,那么,实现这个基类的所有的具体的 DAO 都不必再实现数据库的 CURD 等基本操作了,这无疑是一个很棒的做法。
(通过反射获得泛型的实际类型参数)补充:泛型反射的关键是获取 ParameterizedType 接口,再调用 ParameterizedType 接口中的 getActualTypeArguments() 方法就可获得实际绑定的类型。由于去参数化(擦拭法),也只有在 超类(调用 getGenericSuperclass 方法) 或者成员变量(调用 getGenericType 方法)或者方法(调用 getGenericParameterTypes 方法)像这些有方法返回 ParameterizedType 类型的时候才能反射成功。上面只谈到超类如何反射,下面将变量和方法的两种反射补上:通过方法,反射获得泛型的实际类型参数:package test;import java.lang.reflect.Method;
import java.lang.reflect.ParameterizedType;
import java.lang.reflect.Type;
import java.util.Collection;/**
 * -----------------------------------------
 * @描述  测试类
 * @作者  fancy
 * @邮箱  fancydeepin@yeah.net
 * @日期  2012-8-26 <p>
 * -----------------------------------------
 */
public class Test {    public static void main(String[] args){
        /**
         * 泛型编译后会去参数化(擦拭法),因此无法直接用反射获取泛型的参数类型
         * 可以把泛型用做一个方法的参数类型,方法可以保留参数的相关信息,这样就可以用反射先获取方法的信息
         * 然后再进一步获取泛型参数的相关信息,这样就得到了泛型的实际参数类型
         */
        try {
            Class<?> clazz = Test.class; //取得 Class
            Method method = clazz.getDeclaredMethod("applyCollection", Collection.class); //取得方法
            Type[] type = method.getGenericParameterTypes(); //取得泛型类型参数集
            ParameterizedType ptype = (ParameterizedType)type[0];//将其转成参数化类型,因为在方法中泛型是参数,且Number是第一个类型参数
            type = ptype.getActualTypeArguments(); //取得参数的实际类型
            System.out.println(type[0]); //取出第一个元素
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
   
    //声明一个空的方法,并将泛型用做为方法的参数类型
    public void applyCollection(Collection<Number> collection){
       
    }
}后台打印输出的结果:
class java.lang.Number
通过字段变量,反射获得泛型的实际类型参数:package test;www.2cto.comimport java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.Method;
import java.lang.reflect.ParameterizedType;
import java.lang.reflect.Type;
import java.util.Collection;
import java.util.Map;/**
 * -----------------------------------------
 * @描述  测试类
 * @作者  fancy
 * @邮箱  fancydeepin@yeah.net
 * @日期  2012-8-26 <p>
 * -----------------------------------------
 */
public class Test {    private Map<String, Number> collection;
   
    public static void main(String[] args){
       
        try {
           
            Class<?> clazz = Test.class; //取得 Class
            Field field = clazz.getDeclaredField("collection"); //取得字段变量
            Type type = field.getGenericType(); //取得泛型的类型
            ParameterizedType ptype = (ParameterizedType)type; //转成参数化类型
            System.out.println(ptype.getActualTypeArguments()[0]); //取出第一个参数的实际类型
            System.out.println(ptype.getActualTypeArguments()[1]); //取出第二个参数的实际类型
           
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
   
}后台打印输出的结果:
class java.lang.String
class java.lang.Number
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