深入解析JAVA泛型
1 JAVA的Type類型體系
先了解下java的Type類型體系(類的類=>類型)，Type是所有類型（原生類型-Class、參數(shù)化類型-Parameterizedtype、數(shù)組類型-GenericArrayType、類型變量-TypeVariable、基本類型-Class）的共同接口;前兩篇反射和注解講到的Class<T>就是Type的一實(shí)現(xiàn)類 
Type下面又有四個子接口類ParameterizedType、TypeVariable、GenericArrayType、WildcardType List<E>表示泛型，E是TypeVariable類型，List<String>則是ParameterizedType(參數(shù)化類型)，List<String>里的String稱為實(shí)際參數(shù)類型 具體化泛型中的類型時，可以使用 ? extends 或 ? super來表示繼承關(guān)系；如 List<? extends Data>，而里面的 ? 稱為通配符類型WildcardTypeGenericArrayType 表示一種元素類型是ParameterizedType（參數(shù)化類型）或者TypeVariable（類型變量）的數(shù)組類型，如T[] 或者 List<E>[] 注解是JDK1.5才出現(xiàn)了的，為了表示被注解的類型的，加入AnnotatedElement類型，字面意思就是被注解的元素。JDK1.8又有了AnnotatedType將Type和被注解元素的概念關(guān)聯(lián)起來。 
AnnotatedType也有四個子接口，和Type的四個子接口一一對應(yīng)，如：ParameterizedType類型被注解則被編譯器解析成AnnotatedParameterizedType: @AnTest("list")List<String>list
2 泛型的概念
Java 泛型（generics）是JDK1.5中引入的一個新特性，其本質(zhì)是參數(shù)化類型，解決不確定具體對象類型的問題;其所操作的數(shù)據(jù)類型被指定為一個參數(shù)（type parameter）這種參數(shù)類型可以用在類、接口和方法的創(chuàng)建中，分別稱為泛型類、泛型接口、泛型方法
泛型: 把類型明確的工作推遲到創(chuàng)建對象或調(diào)用方法的時候才去明確的特殊的類型
3 泛型類和泛型方法的示例
泛型類的定義
public class MainTest<T> {
private T param;
}
public static void main(String[] args){
MainTest<String> data = new MainTest<String>(){};
ParameterizedType genType1 = (ParameterizedType)data.getClass().getGenericSuperclass();
}
泛型方法的定義
public class MainTest{
public static void main(String[] args){
printData("siting");
}
static <T> T printData(T t){
System.out.println(t);
return t;
}
}
接口和抽象類都可以使用泛型
4 類型擦除
創(chuàng)建泛型的實(shí)例時，jvm是會把具體類型擦除的；編譯生成的字節(jié)碼中不包含泛型中的類型參數(shù)，即ArrayList<String>和ArrayList<Integer>都擦除成了ArrayList，也就是被擦除成"原生類型"，這就是泛型擦除
public class MainTest {
public static void main(String[] args){
List<String> strArr = new ArrayList<>();
List<Integer> intArr = new ArrayList<>();
Type strClazz = strArr.getClass();
Type intClazz = intArr.getClass();
}
}
查看編譯后的字節(jié)碼文件是如何表示的: idea菜單 -> view -> show ByteCode
public class MainTest<T> {
T param;
public static void main(String[] args){
MainTest<String> test = new MainTest<>();
test.setParam("siting");
}
public T getParam() { return param; }
public void setParam(T param) { this.param = param; }
}
public class com/MainTest {
...省略
public static main([Ljava/lang/String;)V
L0
LINENUMBER 7 L0
NEW com/MainTest
DUP
INVOKESPECIAL com/MainTest.<init> ()V
ASTORE 1
L1
LINENUMBER 8 L1
ALOAD 1
LDC "siting" // 調(diào)用類型擦除后的setParam(Object)
INVOKEVIRTUAL com/MainTest.setParam (Ljava/lang/Object;)V
L2
...省略//getParam 的返回值是Object
public getParam()Ljava/lang/Object;
L0
LINENUMBER 10 L0
ALOAD 0
GETFIELD com/MainTest.param : Ljava/lang/Object;
ARETURN
...省略//setParam 的入?yún)⑹荗bject
public setParam(Ljava/lang/Object;)V
L0
LINENUMBER 11 L0
ALOAD 0
ALOAD 1
PUTFIELD com/MainTest.param : Ljava/lang/Object;
RETURN
...
}
可以看出T(String)都被轉(zhuǎn)換為Object類型，最初的初始化的String不見了
5 泛型的繼承
子類可以指定父類的泛型參數(shù)，可以是已知類（Integer、String等），也可以用子類自己的泛型參數(shù)指定 泛型被繼承時，且指定父類泛型參數(shù)，則額外生成的ParameterizedType類型作為子類的父類；如果沒有指定父類泛型參數(shù)，則直接繼承原生類型
public class MainTest<T> {
T param;
static public class SubTest1 extends MainTest<String>{}
static public class SubTest2<R> extends MainTest<R>{}
//SubTest3繼承的時原生類型
static public class SubTest3 extends MainTest{}
}
6 泛型變量TypeVariable
（先臨時定義一個名稱，Test<E>里的E為泛型參數(shù)）；泛型變量TypeVariable：泛型的泛型參數(shù)就是TypeVariable；當(dāng)父類使用子類的泛型參數(shù)指定自身的泛型參數(shù)時；或者泛型屬性定義在泛型類A<T>中，并使用泛型類A<T>的泛型參數(shù)T時，其泛型參數(shù)都會被編譯器定為泛型變量TypeVariable，而不是被擦除
public class MainTest<T> {
List<T> param;
public static void main(String[] args) throws Exception{
Class clazz = MainTest.class;
TypeVariable[] typeVariable = clazz.getTypeParameters();
// 1
Field field = clazz.getDeclaredField("param");
ParameterizedType arrayType = (ParameterizedType)field.getGenericType();
// interface List<E> 的泛型類型E被T,具體化，因此其被識別為 TypeVariable
TypeVariable variable1 = (TypeVariable)arrayType.getActualTypeArguments()[0];
// 2
ParameterizedType type = (ParameterizedType)SubTest.class.getGenericSuperclass();
TypeVariable variable2 = (TypeVariable)type.getActualTypeArguments()[0];
}
static class SubTest<R> extends MainTest<R>{}
}
7 參數(shù)化類型ParameterizedType
public interface ParameterizedType extends Type {
//獲取實(shí)際參數(shù)，List<String>里的String; 如果是List<T>則是TypeVariable類型
Type[] getActualTypeArguments();
// 獲取原始類型List<String> -> List<E>
Type getRawType();
Type getOwnerType();
}
需要注意的點(diǎn)，我們不能直接獲取指定具體參數(shù)的泛型的類型，如 Class clazz = List<String>.class編譯時不通過的；還有就是直接通過泛型類new創(chuàng)建的對象，其Class并非ParameterizedType類型，而是泛型本身的class，示例如下
public class MainTest<T> {
public static void main(String[] args){
MainTest<String> str = new MainTest<String>();
Class variable = str.getClass();
Type genType1 = variable.getGenericSuperclass();
}
}
被具體參數(shù)化的泛型才能被編譯器識別為ParameterizedType類型，有三種方式獲取ParameterizedType類型
// 1 子類繼承泛型時，指定具體參數(shù)（可以是String等已知類型,也可以是子類的泛型參數(shù)）
// 2 獲取在類內(nèi)部定義的泛型屬性，需指定具體泛型參數(shù)
// 3 局部代碼，可以通過泛型的匿名內(nèi)部子類(需指定具體泛型參數(shù))獲取ParameterizedType類型
public class MainTest<T> {
List<T> list;
public static void main(String[] args) throws NoSuchFieldException {
SubTest<String> str = new SubTest<>();
// 方式一
Class variable = str.getClass();
// 父類是(521)ParameterizedType類型
ParameterizedType genType = (ParameterizedType)variable.getGenericSuperclass();
// (521)ParameterizedType類型的原生類型是（479）class com.MainTest
Type clazz = genType.getRawType();
//MainTest.class 的原生類型是 （479）class com.MainTest
Class rawClazz = MainTest.class;
//方式二，泛型屬性
Field field = rawClazz.getDeclaredField("list");
//屬性list 類型是(546)ParameterizedType類型List<T>
ParameterizedType fieldType = (ParameterizedType)field.getGenericType();
// 方式三
MainTest<String> sub3 = new MainTest<String>(){};
// clazz3是匿名子類
Class clazz3 = sub3.getClass();
//父類是(555)ParameterizedType類型
ParameterizedType genType3 = (ParameterizedType) clazz3.getGenericSuperclass();
// (555)ParameterizedType類型的原生類型是（479）class com.MainTest
Type type3 = genType3.getRawType();
}
public static class SubTest<R> extends MainTest<R>{ }
}
8 通配符(WildcardType)
無邊界通配符：無界通配符 ? 可以適配任何引用類型:
當(dāng)方法參數(shù)需要傳入一個泛型時，而且無法確定其類型時。直接使用無具體泛型變量的泛型，容易造成安全隱患；若在方法代碼里進(jìn)行類型轉(zhuǎn)換，極容易出現(xiàn)ClassCastException錯誤 那泛型變量用Object代替不就行了？但是泛型類+具體參數(shù)轉(zhuǎn)變的ParameterizedType(參數(shù)化類型)是不存在繼承關(guān)系；即Object是String的父類，但是List<Object>和List<String>的類型是不同的兩個ParameterizedType，不存在繼承關(guān)系。于是有了類型通配符 ？
public static void print(List list){}
----->>>
public static void print(List<?> list){}
無界通配符可以匹配任意類型；但是在使用？時，不能給泛型類的變量設(shè)置值，因?yàn)槲覀儾恢谰唧w類型是什么；如果強(qiáng)行設(shè)置新值，后面的讀容易出現(xiàn)ClassCastException錯誤。因此編譯器限制了**通配符 ？**的泛型只能讀不能寫
上界限定通配符 < ? extends E>
想接收一個List集合，它只能操作數(shù)字類型的元素【Float、Integer、Double、Byte等數(shù)字類型都行】，怎么做？可以使用 List<? extends Number的子類>，表明List里的元素都是Number的子類
public static void print(List<? extends Number> list) {
Number n = new Double("1.0");
list.add(n);
Number tmp = list.get(0);
}
圖片里可以看出，存在上界通配符，因?yàn)榫唧w類型不確定，也是只能讀不能寫的
下界限定通配符 < ? super E>
class Parent{ }
class Child extends Parent{ }
public class MainTest<T> {
T param;
public static void main(String[] args){
MainTest<? super Child> parent_m = new MainTest<>();
parent_m.setParam(new Child());
Object parent = parent_m.getParam();
}
public T getParam() { return param; }
public void setParam(T param) { this.param = param; }
}
如果定義了通配符是誰的父類，則是下界限定通配符；此類通配符可讀可寫，轉(zhuǎn)成任意父類都不會出現(xiàn)ClassCastException錯誤。 個人猜想：難道是因?yàn)?strong style="color: black;">通配符和上界限定通配符的泛型 向下轉(zhuǎn)型容易出現(xiàn)ClassCastException錯誤，而下界限定通配符向上轉(zhuǎn)型不會出現(xiàn)ClassCastException錯誤，因此java規(guī)范限制前者編譯出錯，而后面編譯通過？
9 泛型數(shù)組(GenericArrayType)
public interface GenericArrayType extends Type {
//獲得這個數(shù)組元素類型，即獲得：A<T>（A<T>[]）或 T（T[]）
Type getGenericComponentType();
}
GenericArrayType，泛型數(shù)組，描述的是ParameterizedType類型以及TypeVariable類型數(shù)組，即形如：Test<T>[][]、T[]等，是GenericArrayType的子接口
public class MainTest<T> {
T[] param;
public static void main(String[] args) throws Exception{
Class clazz = MainTest.class;
Field field = clazz.getDeclaredField("param");
GenericArrayType arrayType = (GenericArrayType)field.getGenericType();
TypeVariable variable = (TypeVariable) arrayType.getGenericComponentType();
}
}
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