Java总结篇系列：Java泛型*

1，泛型的定义以及存在意义

泛型，即“参数化类型”。就是将类型由原来的具体的类型参数化，类似于方法中的变量参数，此时类型也定义成参数形式（可以称之为类型形参），然后在使用/调用时传入具体的类型（类型实参）。
例如：GenericClass<T>{}

一些常用的泛型类型变量：
E：元素（Element），多用于java集合框架
K：关键字（Key）
N：数字（Number）
T：类型（Type）
V：值（Value）

如果要实现不同类型的加法，每种类型都需要重载一个add方法

package com.jay.java.泛型.needGeneric;

/**
 * Author：Jay On 2019/5/9 16:06
 * <p>
 * Description: 为什么使用泛型
 */
public class NeedGeneric1 {

    private static int add(int a, int b) {
        System.out.println(a + "+" + b + "=" + (a + b));
        return a + b;
    }

    private static float add(float a, float b) {
        System.out.println(a + "+" + b + "=" + (a + b));
        return a + b;
    }

    private static double add(double a, double b) {
        System.out.println(a + "+" + b + "=" + (a + b));
        return a + b;
    }

    private static <T extends Number> double add(T a, T b) {
        System.out.println(a + "+" + b + "=" + (a.doubleValue() + b.doubleValue()));
        return a.doubleValue() + b.doubleValue();
    }

    public static void main(String[] args) {
        NeedGeneric1.add(1, 2);
        NeedGeneric1.add(1f, 2f);
        NeedGeneric1.add(1d, 2d);
        NeedGeneric1.add(Integer.valueOf(1), Integer.valueOf(2));
        NeedGeneric1.add(Float.valueOf(1), Float.valueOf(2));
        NeedGeneric1.add(Double.valueOf(1), Double.valueOf(2));
    }
}

取出集合元素时需要人为的强制类型转化到具体的目标类型，且很容易现“java.lang. ClassCast Exception”异常。

package com.jay.java.泛型.needGeneric;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

/**
 * Author：Jay On 2019/5/9 16:23
 * <p>
 * Description: 为什么要使用泛型
 */
public class NeedGeneric2 {
    static class C{

    }
    public static void main(String[] args) {
        List list=new ArrayList();
        list.add("A");
        list.add("B");
        list.add(new C());
        list.add(100);
        //1.当我们将一个对象放入集合中，集合不会记住此对象的类型，当再次从集合中取出此对象时，改对象的编译类型变成了Object类型，但其运行时类型任然为其本身类型。
        //2.因此，//1处取出集合元素时需要人为的强制类型转化到具体的目标类型，且很容易出现“java.lang.ClassCastException”异常。
        for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
//            System.out.println(list.get(i));
            String value= (String) list.get(i);
            System.out.println(value);
        }
    }
}

所以使用泛型的意义在于
1,适用于多种数据类型执行相同的代码（代码复用）
2, 泛型中的类型在使用时指定，不需要强制类型转换（类型安全，编译器会检查类型）

2，泛型类的使用

定义一个泛型类：public class GenericClass<T>{}

package com.jay.java.泛型.DefineGeneric;

/**
 * Author：Jay On 2019/5/9 16:49
 * <p>
 * Description: 泛型类
 */
public class GenericClass<T> {
    private T data;

    public T getData() {
        return data;
    }

    public void setData(T data) {
        this.data = data;
    }

    public static void main(String[] args) {
        GenericClass<String> genericClass=new GenericClass<>();
        genericClass.setData("Generic Class");
        System.out.println(genericClass.getData());
    }
}

3，泛型接口的使用

定义一个泛型接口：public interface GenericIntercace<T>{}

/**
 * Author：Jay On 2019/5/9 16:57
 * <p>
 * Description: 泛型接口
 */
public interface GenericIntercace<T> {
     T getData();
}

实现泛型接口方式一：public class ImplGenericInterface1<T> implements GenericIntercace<T>

/**
 * Author：Jay On 2019/5/9 16:59
 * <p>
 * Description: 泛型接口实现类-泛型类实现方式
 */
public class ImplGenericInterface1<T> implements GenericIntercace<T> {
    private T data;

    private void setData(T data) {
        this.data = data;
    }

    @Override
    public T getData() {
        return data;
    }

    public static void main(String[] args) {
        ImplGenericInterface1<String> implGenericInterface1 = new ImplGenericInterface1<>();
        implGenericInterface1.setData("Generic Interface1");
        System.out.println(implGenericInterface1.getData());
    }
}

实现泛型接口方式二：public class ImplGenericInterface2 implements GenericIntercace<String> {}

/**
 * Author：Jay On 2019/5/9 17:01
 * <p>
 * Description: 泛型接口实现类-指定具体类型实现方式
 */
public class ImplGenericInterface2 implements GenericIntercace<String> {
    @Override
    public String getData() {
        return "Generic Interface2";
    }

    public static void main(String[] args) {
        ImplGenericInterface2 implGenericInterface2 = new ImplGenericInterface2();
        System.out.println(implGenericInterface2.getData());
    }
}

4，泛型方法的使用

在java中,泛型类的定义非常简单，但是泛型方法就比较复杂了。

尤其是我们见到的大多数泛型类中的成员方法也都使用了泛型，有的甚至泛型类中也包含着泛型方法，这样在初学者中非常容易将泛型方法理解错了。

泛型类，是在实例化类的时候指明泛型的具体类型；泛型方法，是在调用方法的时候指明泛型的具体类型 。

/**
 * 泛型方法的基本介绍
 * @param tClass 传入的泛型实参
 * @return T 返回值为T类型
 * 说明：
 *     1）public 与 返回值中间<T>非常重要，可以理解为声明此方法为泛型方法。
 *     2）只有声明了<T>的方法才是泛型方法，泛型类中的使用了泛型的成员方法并不是泛型方法。
 *     3）<T>表明该方法将使用泛型类型T，此时才可以在方法中使用泛型类型T。
 *     4）与泛型类的定义一样，此处T可以随便写为任意标识，常见的如T、E、K、V等形式的参数常用于表示泛型。
 */
public <T> T genericMethod(Class<T> tClass)throws InstantiationException ,
  IllegalAccessException{
        T instance = tClass.newInstance();
        return instance;
}

Object obj = genericMethod(Class.forName("com.test.test"));

4.1.1 泛型方法的基本用法

光看上面的例子有的同学可能依然会非常迷糊，我们再通过一个例子，把我泛型方法再总结一下。

public class GenericTest {
   //这个类是个泛型类，在上面已经介绍过
   public class Generic<T>{     
        private T key;

        public Generic(T key) {
            this.key = key;
        }

        //我想说的其实是这个，虽然在方法中使用了泛型，但是这并不是一个泛型方法。
        //这只是类中一个普通的成员方法，只不过他的返回值是在声明泛型类已经声明过的泛型。
        //所以在这个方法中才可以继续使用 T 这个泛型。
        public T getKey(){
            return key;
        }

        /**
         * 这个方法显然是有问题的，在编译器会给我们提示这样的错误信息"cannot reslove symbol E"
         * 因为在类的声明中并未声明泛型E，所以在使用E做形参和返回值类型时，编译器会无法识别。
        public E setKey(E key){
             this.key = keu
        }
        */
    }

    /** 
     * 这才是一个真正的泛型方法。
     * 首先在public与返回值之间的<T>必不可少，这表明这是一个泛型方法，并且声明了一个泛型T
     * 这个T可以出现在这个泛型方法的任意位置.
     * 泛型的数量也可以为任意多个 
     *    如：public <T,K> K showKeyName(Generic<T> container){
     *        ...
     *        }
     */
    public <T> T showKeyName(Generic<T> container){
        System.out.println("container key :" + container.getKey());
        //当然这个例子举的不太合适，只是为了说明泛型方法的特性。
        T test = container.getKey();
        return test;
    }

    //这也不是一个泛型方法，这就是一个普通的方法，只是使用了Generic<Number>这个泛型类做形参而已。
    public void showKeyValue1(Generic<Number> obj){
        Log.d("泛型测试","key value is " + obj.getKey());
    }

    //这也不是一个泛型方法，这也是一个普通的方法，只不过使用了泛型通配符?
    //同时这也印证了泛型通配符章节所描述的，?是一种类型实参，可以看做为Number等所有类的父类
    public void showKeyValue2(Generic<?> obj){
        Log.d("泛型测试","key value is " + obj.getKey());
    }

     /**
     * 这个方法是有问题的，编译器会为我们提示错误信息："UnKnown class 'E' "
     * 虽然我们声明了<T>,也表明了这是一个可以处理泛型的类型的泛型方法。
     * 但是只声明了泛型类型T，并未声明泛型类型E，因此编译器并不知道该如何处理E这个类型。
    public <T> T showKeyName(Generic<E> container){
        ...
    }  
    */

    /**
     * 这个方法也是有问题的，编译器会为我们提示错误信息："UnKnown class 'T' "
     * 对于编译器来说T这个类型并未项目中声明过，因此编译也不知道该如何编译这个类。
     * 所以这也不是一个正确的泛型方法声明。
    public void showkey(T genericObj){

    }
    */

    public static void main(String[] args) {


    }
}

4.1.2 类中的泛型方法

当然这并不是泛型方法的全部，泛型方法可以出现杂任何地方和任何场景中使用。但是有一种情况是非常特殊的，当泛型方法出现在泛型类中时，我们再通过一个例子看一下

public class GenericFruit {
    class Fruit{
        @Override
        public String toString() {
            return "fruit";
        }
    }

    class Apple extends Fruit{
        @Override
        public String toString() {
            return "apple";
        }
    }

    class Person{
        @Override
        public String toString() {
            return "Person";
        }
    }

    class GenerateTest<T>{
        public void show_1(T t){
            System.out.println(t.toString());
        }

        //在泛型类中声明了一个泛型方法，使用泛型E，这种泛型E可以为任意类型。可以类型与T相同，也可以不同。
        //由于泛型方法在声明的时候会声明泛型<E>，因此即使在泛型类中并未声明泛型，编译器也能够正确识别泛型方法中识别的泛型。
        public <E> void show_3(E t){
            System.out.println(t.toString());
        }

        //在泛型类中声明了一个泛型方法，使用泛型T，注意这个T是一种全新的类型，可以与泛型类中声明的T不是同一种类型。
        public <T> void show_2(T t){
            System.out.println(t.toString());
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Apple apple = new Apple();
        Person person = new Person();

        GenerateTest<Fruit> generateTest = new GenerateTest<Fruit>();
        //apple是Fruit的子类，所以这里可以
        generateTest.show_1(apple);
        //编译器会报错，因为泛型类型实参指定的是Fruit，而传入的实参类是Person
        //generateTest.show_1(person);

        //使用这两个方法都可以成功
        generateTest.show_2(apple);
        generateTest.show_2(person);

        //使用这两个方法也都可以成功
        generateTest.show_3(apple);
        generateTest.show_3(person);
    }
}

4.1.3 泛型方法与可变参数

再看一个泛型方法和可变参数的例子：

public <T> void printMsg( T... args){
    for(T t : args){
        Log.d("泛型测试","t is " + t);
    }
}

printMsg("111",222,"aaaa","2323.4",55.55);

4.1.4 静态方法与泛型

静态方法有一种情况需要注意一下，那就是在类中的静态方法使用泛型：静态方法无法访问类上定义的泛型；如果静态方法操作的引用数据类型不确定的时候，必须要将泛型定义在方法上。

即：如果静态方法要使用泛型的话，必须将静态方法也定义成泛型方法 。

public class StaticGenerator<T> {
    ....
    ....
    /**
     * 如果在类中定义使用泛型的静态方法，需要添加额外的泛型声明（将这个方法定义成泛型方法）
     * 即使静态方法要使用泛型类中已经声明过的泛型也不可以。
     * 如：public static void show(T t){..},此时编译器会提示错误信息：
          "StaticGenerator cannot be refrenced from static context"
     */
    public static <T> void show(T t){

    }
}

4.1.5 泛型方法总结

泛型方法能使方法独立于类而产生变化，以下是一个基本的指导原则：

无论何时，如果你能做到，你就该尽量使用泛型方法。也就是说，如果使用泛型方法将整个类泛型化，

那么就应该使用泛型方法。另外对于一个static的方法而已，无法访问泛型类型的参数。

所以如果static方法要使用泛型能力，就必须使其成为泛型方法。

5，限定泛型类型变量

1,对类的限定：public class TypeLimitForClass<T extends List & Serializable>{}
2,对方法的限定：public static<T extends Comparable<T>>T getMin(T a, T b) {}

/**
 * Author：Jay On 2019/5/10 16:38
 * <p>
 * Description: 类型变量的限定-方法
 */
public class TypeLimitForMethod {

    /**
     * 计算最小值
     * 如果要实现这样的功能就需要对泛型方法的类型做出限定
     */
//    private static <T> T getMin(T a, T b) {
//        return (a.compareTo(b) > 0) ? a : b;
//    }

    /**
     * 限定类型使用extends关键字指定
     * 可以使类，接口，类放在前面接口放在后面用&符号分割
     * 例如：<T extends ArrayList & Comparable<T> & Serializable>
     */
    public static <T extends Comparable<T>> T getMin(T a, T b) {
        return (a.compareTo(b) < 0) ? a : b;
    }

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(TypeLimitForMethod.getMin(2, 4));
        System.out.println(TypeLimitForMethod.getMin("a", "r"));
    }
}

/**
 * Author：Jay On 2019/5/10 17:02
 * <p>
 * Description: 类型变量的限定-类
 */
public class TypeLimitForClass<T extends List & Serializable> {
    private T data;

    public T getData() {
        return data;
    }

    public void setData(T data) {
        this.data = data;
    }

    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<String> stringArrayList = new ArrayList<>();
        stringArrayList.add("A");
        stringArrayList.add("B");
        ArrayList<Integer> integerArrayList = new ArrayList<>();
        integerArrayList.add(1);
        integerArrayList.add(2);
        integerArrayList.add(3);
        TypeLimitForClass<ArrayList> typeLimitForClass01 = new TypeLimitForClass<>();
        typeLimitForClass01.setData(stringArrayList);
        TypeLimitForClass<ArrayList> typeLimitForClass02 = new TypeLimitForClass<>();
        typeLimitForClass02.setData(integerArrayList);

        System.out.println(getMinListSize(typeLimitForClass01.getData().size(), typeLimitForClass02.getData().size()));

    }

    public static <T extends Comparable<T>> T getMinListSize(T a, T b) {
        return (a.compareTo(b) < 0) ? a : b;
    }

6，泛型中的约束和局限性

1,不能实例化泛型类
2,静态变量或方法不能引用泛型类型变量，但是静态泛型方法是可以的
3,基本类型无法作为泛型类型
4,无法使用instanceof关键字或==判断泛型类的类型
5,泛型类的原生类型与所传递的泛型无关，无论传递什么类型，原生类是一样的
6,泛型数组可以声明但无法实例化
7,泛型类不能继承Exception或者Throwable
8,不能捕获泛型类型限定的异常但可以将泛型限定的异常抛出