01、泛型是什么？——《Android打怪升级之旅》

感谢大家和我一起，在Android世界打怪升级！

泛型，一个所有人都知道怎么用，在JAVA世界老生常谈的特性。更需要知其然，知其所以然。

一、泛型是什么

泛型是在JDK1.5引入的参数化类型特性，可以在同一段代码上操作多种数据类型。

1.1 参数化类型
我们以泛型类的使用作为事例，如下：

// 泛型类的定义
public class Generics<T> {
    // 未知类型
    private T mData;

    public T getData() {
        return mData;
    }

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

在泛型类内定义了泛型【T】，此时【T】是一个未知类型。

// 泛型类的使用，将Person类作为参数传入泛型类
Generics<Person> generics = new Generics<Person>();

在泛型类创建对象时，我们将Person类作为参数传入泛型类，此时泛型类内部的【T】就变成了已知类型Person。

通过参数传入，作为泛型的类型，就是参数化类型。

二、泛型种类及边界

2.1 泛型种类
1. 泛型接口

public interface Base<T> {

    public T getData();

    public void setData(T data);
    
}

2. 泛型类

public class Generics<T>{
    private T mData;

    public T getData() {
        return mData;
    }

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

3. 泛型方法

// public后面的<T>是泛型方法的关键
public <T> Generics<T> getGenerics() {
    return new Generics<T>();
}

2.2 泛型边界
以上几种类型均可定义泛型的边界，语法 、<T extends A&B&…>，泛型重载了extends的关键字，与通常JAVA中使用的extends不同。

• < T extends A>：单个边界，A可以是类或接口，只能接收继承或者实现A的类型。
• < T extends A&B&…>：多个边界，A可以是类或接口，A之后的只能是接口。比如：<T extends A&B&C>里面，T必须继承A类型或实现A接口，并且必须实现B和C接口。

三、泛型的好处

3.1 代码更健壮
泛型将集合的类型检测提前到了编译期，保证错误在编译时就会抛出，基本上代码编辑器（Android Studio、IDEA等）在书写代码阶段给泛型传入错误类型就会报错。

在拥有泛型之前只能在运行时抛出类型转换异常（ClassCastException），代码十分脆弱。

// 泛型存在之前
// 集合里存入Fruit和Dog，编译不会报错
List fruits = new ArrayList();
fruits.add(new Fruit());
fruits.add(new Dog()); // X 错误的插入，直到运行时报错 

// 泛型存在之后
List<Fruit> fruits = new ArrayList<Fruit>();
fruits.add(new Fruit());
fruits.add(new Dog());// X 编译时就会报错

3.2 代码更简洁
泛型省去了类型的强制转换。在没有泛型之前，集合内的对象都会被向上转型为Object，所以需要强转。

// 没有泛型之前，获取对象需要强转
Fruit fruit = (Fruit) fruits.get(0);

3.3 代码复用性强
泛型就是使用参数化类型，在一段代码上操作多种数据类型。比如：对几个类的处理，在逻辑上完全相同，那自然会想这段逻辑代码只写一遍就好了，所以泛型就产生了。

四、泛型的原理

泛型在JDK1.5才出现，为了向下兼容，虚拟机是并不支持泛型的，所以JAVA在编译阶段除了进行类型判断，还对泛型进行了擦除，于是所有的泛型在字节码里都变成了原始类型，和C#的泛型不同，JAVA使用的是伪泛型。

4.1 泛型擦除
在编译阶段生成字节码时，会进行泛型擦除，所以我们看下生成的字节码文件，就可以清晰的看到泛型【T】被转换成了Object。

// java代码
public class Generics<T> {
    private T mData;

    public T getData() {
        return mData;
    }

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

下面是Generics类生成的字节码

// class version 51.0 (51)
// access flags 0x21
// signature <T:Ljava/lang/Object;>Ljava/lang/Object;
// declaration: com/kproduce/androidstudy/test/Generics<T>
public class com/kproduce/androidstudy/test/Generics {

  // compiled from: Generics.java

  // access flags 0x2
  // signature TT;
  // declaration: T
  private Ljava/lang/Object; mData

  // access flags 0x1
  public <init>()V
   L0
    LINENUMBER 6 L0
    ALOAD 0
    INVOKESPECIAL java/lang/Object.<init> ()V
    RETURN
   L1
    LOCALVARIABLE this Lcom/kproduce/androidstudy/test/Generics; L0 L1 0
    // signature Lcom/kproduce/androidstudy/test/Generics<TT;>;
    // declaration: com.kproduce.androidstudy.test.Generics<T>
    MAXSTACK = 1
    MAXLOCALS = 1

  // access flags 0x1
  // signature ()TT;
  // declaration: T getData()
  public getData()Ljava/lang/Object;
   L0
    LINENUMBER 10 L0
    ALOAD 0
    GETFIELD com/kproduce/androidstudy/test/Generics.mData : Ljava/lang/Object;
    ARETURN
   L1
    LOCALVARIABLE this Lcom/kproduce/androidstudy/test/Generics; L0 L1 0
    // signature Lcom/kproduce/androidstudy/test/Generics<TT;>;
    // declaration: com.kproduce.androidstudy.test.Generics<T>
    MAXSTACK = 1
    MAXLOCALS = 1

  // access flags 0x1
  // signature (TT;)V
  // declaration: void setData(T)
  public setData(Ljava/lang/Object;)V
   L0
    LINENUMBER 14 L0
    ALOAD 0
    ALOAD 1
    PUTFIELD com/kproduce/androidstudy/test/Generics.mData : Ljava/lang/Object;
   L1
    LINENUMBER 15 L1
    RETURN
   L2
    LOCALVARIABLE this Lcom/kproduce/androidstudy/test/Generics; L0 L2 0
    // signature Lcom/kproduce/androidstudy/test/Generics<TT;>;
    // declaration: com.kproduce.androidstudy.test.Generics<T>
    LOCALVARIABLE data Ljava/lang/Object; L0 L2 1
    // signature TT;
    // declaration: T
    MAXSTACK = 2
    MAXLOCALS = 2
}

看完上面的代码有的同学就喊了，这不备注里面还是有泛型【T】吗？

是的，你们说的没错！那为什么泛型还在备注里面？这时候要说到反射这个概念。

反射是在运行时对于任何一个类，都可以知道里面所有属性和方法。对于任何一个对象，都可以调用它的方法和属性。是JAVA被视为动态语言的关键。

既然反射要知道所有的方法和属性，但是泛型在字节码里面被进行了擦除，那JAVA就使用备注的方式将泛型偷偷的写入到了字节码里面，保证反射的正常使用。

4.2 泛型擦除原则

• 如果泛型没有限定（），则用Object作为原始类型。
• 如果有限定（），则用A作为原始类型。
• 如果有多个限定（<T extends A&B>），则使用第一个边界A作为原始类型。

五、泛型的限定通配符

通配符是让泛型的转型更灵活。

• <? extends A> 是指“上界通配符”
• <? super A> 是指“下界通配符”

5.1 通配符存在的意义
数组是可以向上转型的：

Object[] nums = new Integer[2];
nums[0] = 1;
nums[1] = "string"; // nums在运行时是一个Interger数组，所以会报错

再看一段会报错的泛型转型代码：

// Apple extends Fruit，但是这样转型会报错
List<Fruit> fruits = new List<Apple>();

由此可知，泛型的转型和泛型类型是否继承（Apple extends Fruit）没有任何关系，泛型无法像数组一样直接向上转型，所以通配符的意义就是让泛型的转型更灵活。

5.2 通配符详解
上界通配符：<? extends Fruit>，Fruit是最上边界，只能get，不能add。（详解在代码备注中）

public static void main(String[] args) {
    List<GreenApple> greenApples = new ArrayList<>();
    List<Apple> apples = new ArrayList<>();
    List<Food> foods = new ArrayList<>();
    setData(greenApples);
    setData(apples);
    setData(foods); // 编译错误，不在限制范围内
}

public void setData(List<? extends Fruit> list){
    // 上界通配符，只能get，不能add
    // 【只能get】因为可以确保list被指定的对象一定可以向上转型成Fruit
    // 【不能add】因为设置的话无法确定是哪个子类，
    // 有可能会将Banana设置到List<Apple>里面，所以不能set
    Fruit fruit = list.get(0);
    }

下界通配符：<? super Fruit>，Fruit是最下边界，只能add，不能get。（详解在代码备注中）

public static void main(String[] args) {
    List<Food> foods = new ArrayList<>();
    List<Apple> apples = new ArrayList<>();
    setData(foods);
    setData(apples); // 编译错误，不在限制范围内
}

public void setData(List<? super Fruit> list){
    // 下界通配符，只能add，不能get
    // 【只能add】因为可以确保list被指定的对象一定是Fruit的父类，
    // 那Fruit的子类一定能向上转型成对应的父类，所以可以add。
    // 【不能get】因为被指定对象没有固定的上界，不知道是哪个父类，所以无法精准获取转型成某一个类。
    list.add(new Apple());
    list.add(new Banana());
}

总结

最后咱们再总结一下泛型的知识点：

1. 泛型是在JDK1.5引入的参数化类型特性。
2. 泛型包括泛型接口、泛型类、泛型方法，可以使用设置边界。
3. 泛型可以使代码更健壮（编译期报错）、代码简洁（不强转）、复用性强。
4. 泛型在JAVA中是伪泛型，虚拟机内不支持泛型类型，在编译阶段会进行泛型擦除，但是会留有备注给反射使用。
5. 泛型的通配符让转型更加灵活。上界通配符只能get，不能add。下界通配符，只能add，不能get。

这样泛型的介绍就结束了，希望大家读完这篇文章，会对泛型有一个更深入的了解。如果我的文章能给大家带来一点点的福利，那在下就足够开心了。

下次再见！

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