Java 泛型总结（一）：基本用法与类型擦除

转自：https://segmentfault.com/a/1190000005179142

简介

Java 在 1.5 引入了泛型机制，泛型本质是参数化类型，也就是说变量的类型是一个参数，在使用时再指定为具体类型。泛型可以用于类、接口、方法，通过使用泛型可以使代码更简单、安全。然而 Java 中的泛型使用了类型擦除，所以只是伪泛型。这篇文章对泛型的使用以及存在的问题做个总结，主要参考自 《Java 编程思想》。

这个系列的另外两篇文章：

Java泛型总结(三)：通配符的使用

基本用法

泛型类

如果有一个类 

Holder

 用于包装一个变量，这个变量的类型可能是任意的，怎么编写 

Holder

 呢？在没有泛型之前可以这样：

public class Holder1 {
private Object a;

public Holder1(Object a) {
this.a = a;
}

public void set(Object a) {
this.a = a;
}
public Object get(){
return a;
}

public static void main(String[] args) {
Holder1 holder1 = new Holder1("not Generic");
String s = (String) holder1.get();
holder1.set(1);
Integer x = (Integer) holder1.get();
}

}

在 

Holder1

 中，有一个用 

Object

 引用的变量。因为任何类型都可以向上转型为 

Object

，所以这个 

Holder

 可以接受任何类型。在取出的时候 

Holder

 只知道它保存的是一个 

Object

 对象，所以要强制转换为对应的类型。在 

main

 方法中， 

holder1

 先是保存了一个字符串，也就是 

String

 对象，接着又变为保存一个 

Integer

 对象(参数 

1

 会自动装箱)。从 

Holder

 中取出变量时强制转换已经比较麻烦，这里还要记住不同的类型，要是转错了就会出现运行时异常。

下面看看 

Holder

 的泛型版本：

public class Holder2<T> {

private T a;
public Holder2(T a) {
this.a = a;
}

public T get() {
return a;
}

public void set(T a) {
this.a = a;
}

public static void main(String[] args) {
Holder2<String> holder2 = new Holder2<>("Generic");
String s = holder2.get();

holder2.set("test");
holder2.set(1);//无法编译   参数 1 不是 String 类型

}

}

在 

Holder2

 中， 变量 

a

 是一个参数化类型 

T

，

T

 只是一个标识，用其它字母也是可以的。创建 

Holder2

 对象的时候，在尖括号中传入了参数 

T

 的类型，那么在这个对象中，所有出现 

T

 的地方相当于都用 

String

 替换了。现在的 

get

 的取出来的不是 

Object

 ，而是 

String

 对象，因此不需要类型转换。另外，当调用 

set

 时，只能传入 

String

 类型，否则编译无法通过。这就保证了 

holder2

 中的类型安全，避免由于不小心传入错误的类型。

通过上面的例子可以看出泛使得代码更简便、安全。引入泛型之后，Java 库的一些类，比如常用的容器类也被改写为支持泛型，我们使用的时候都会传入参数类型，如：

ArrayList<Integer>
list = ArrayList<>();

。

泛型方法

泛型不仅可以针对类，还可以单独使某个方法是泛型的，举个例子：

public class GenericMethod {
public <K,V> void f(K k,V v) {
System.out.println(k.getClass().getSimpleName());
System.out.println(v.getClass().getSimpleName());
}

public static void main(String[] args) {
GenericMethod gm = new GenericMethod();
gm.f(new Integer(0),new String("generic"));
}
}

代码输出：
Integer
String

GenericMethod

 类本身不是泛型的，创建它的对象的时候不需要传入泛型参数，但是它的方法 

f

 是泛型方法。在返回类型之前是它的参数标识 

<K,V>

，注意这里有两个泛型参数，所以泛型参数可以有多个。

调用泛型方法时可以不显式传入泛型参数，上面的调用就没有。这是因为编译器会使用参数类型推断，根据传入的实参的类型 (这里是 

integer

 和 

String

)
推断出 

K

 和 

V

 的类型。

类型擦除

什么是类型擦除

Java 的泛型使用了类型擦除机制，这个引来了很大的争议，以至于 Java 的泛型功能受到限制，只能说是”伪泛型“。什么叫类型擦除呢？简单的说就是，类型参数只存在于编译期，在运行时，Java 的虚拟机 ( JVM ) 并不知道泛型的存在。先看个例子：

public class ErasedTypeEquivalence {
public static void main(String[] args) {
Class c1 = new ArrayList<String>().getClass();
Class c2 = new ArrayList<Integer>().getClass();
System.out.println(c1 == c2);
}
}

上面的代码有两个不同的 

ArrayList

：

ArrayList<Integer>

 和 

ArrayList<String>

。在我们看来它们的参数化类型不同，一个保存整性，一个保存字符串。但是通过比较它们的 

Class

 对象，上面的代码输出是 

true

。这说明在
JVM 看来它们是同一个类。而在 C++、C# 这些支持真泛型的语言中，它们就是不同的类。

泛型参数会擦除到它的第一个边界，比如说上面的 

Holder2

 类，参数类型是一个单独的 

T

，那么就擦除到 

Object

,相当于所有出现 

T

 的地方都用 

Object

 替换。所以在
JVM 看来，保存的变量 

a

 还是 

Object

 类型。之所以取出来自动就是我们传入的参数类型，这是因为编译器在编译生成的字节码文件中插入了类型转换的代码，不需要我们手动转型了。如果参数类型有边界那么就擦除到它的第一个边界，这个下一节再说。

擦除带来的问题

擦除会出现一些问题，下面是一个例子：

class HasF {
public void f() {
System.out.println("HasF.f()");
}
}
public class Manipulator<T> {
private T obj;

public Manipulator(T obj) {
this.obj = obj;
}

public void manipulate() {
obj.f(); //无法编译 找不到符号 f()
}

public static void main(String[] args) {
HasF hasF  = new HasF();
Manipulator<HasF> manipulator = new Manipulator<>(hasF);
manipulator.manipulate();

}

}

上面的 

Manipulator

 是一个泛型类，内部用一个泛型化的变量 

obj

，在 

manipulate

 方法中，调用了 

obj

 的方法 

f()

，但是这行代码无法编译。因为类型擦除，编译器不确定 

obj

 是否有 

f()

 方法。解决这个问题的方法是给 

T

 一个边界:

class Manipulator2<T extends HasF> {
private T obj;
public Manipulator2(T x) { obj = x; }
public void manipulate() { obj.f(); }
}

现在 

T

 的类型是 

<T
extends HasF>

，这表示 

T

 必须是 

HasF

 或者 

HasF

 的导出类型。这样，调用 

f()

 方法才安全。

HasF

 就是 

T

 的边界，因此通过类型擦除后，所有出现 

T

 的

地方都用 

HasF

 替换。这样编译器就知道 

obj

 是有方法 

f()

 的。

但是这样就抵消了泛型带来的好处，上面的类完全可以改成这样：

class Manipulator3 {
private HasF obj;
public Manipulator3(HasF x) { obj = x; }
public void manipulate() { obj.f(); }
}

所以泛型只有在比较复杂的类中才体现出作用。但是像 

<T extends HasF>

 这种形式的东西不是完全没有意义的。如果类中有一个返回 

T

 类型的方法，泛型就有用了，因为这样会返回准确类型。比如下面的例子：

class ReturnGenericType<T extends HasF> {
private T obj;
public ReturnGenericType(T x) { obj = x; }
public T get() { return obj; }
}

这里的 

get()

 方法返回的是泛型参数的准确类型，而不是 

HasF

。

类型擦除的补偿

类型擦除导致泛型丧失了一些功能，任何在运行期需要知道确切类型的代码都无法工作。比如下面的例子：

public class Erased<T> {
private final int SIZE = 100;
public static void f(Object arg) {
if(arg instanceof T) {} // Error
T var = new T(); // Error
T[] array = new T[SIZE]; // Error
T[] array = (T)new Object[SIZE]; // Unchecked warning
}
}

通过 

new T()

 创建对象是不行的，一是由于类型擦除，二是由于编译器不知道 

T

 是否有默认的构造器。一种解决的办法是传递一个工厂对象并且通过它创建新的实例。

interface FactoryI<T> {
T create();
}
class Foo2<T> {
private T x;
public <F extends FactoryI<T>> Foo2(F factory) {
x = factory.create();
}
// ...
}
class IntegerFactory implements FactoryI<Integer> {
public Integer create() {
return new Integer(0);
}
}
class Widget {
public static class Factory implements FactoryI<Widget> {
public Widget create() {
return new Widget();
}
}
}
public class FactoryConstraint {
public static void main(String[] args) {
new Foo2<Integer>(new IntegerFactory());
new Foo2<Widget>(new Widget.Factory());
}
}

另一种解决的方法是利用模板设计模式：

abstract class GenericWithCreate<T> {
final T element;
GenericWithCreate() { element = create(); }
abstract T create();
}
class X {}
class Creator extends GenericWithCreate<X> {
X create() { return new X(); }
void f() {
System.out.println(element.getClass().getSimpleName());
}
}
public class CreatorGeneric {
public static void main(String[] args) {
Creator c = new Creator();
c.f();
}
}

具体类型的创建放到了子类继承父类时，在 

create

 方法中创建实际的类型并返回。

总结

本文介绍了 Java 泛型的使用，以及类型擦除相关的问题。一般情况下泛型的使用比较简单，但是某些情况下，尤其是自己编写使用泛型的类或者方法时要注意类型擦除的问题。接下来会介绍数组与泛型的关系以及通配符的使用。