Java 中的泛型

Java 中的泛型实现了参数类型化的概念。

主要有以下形式：

class OneClazz<T>{
    T t;
    <Y> void fun(){}
}

本文主要记录 Java 泛型一些比较特殊的知识点。

泛型特性

泛型在 Java SE5 被引入，可以在类和方法中，将类型作为类型参数传入。

泛型类型参数会在实际运行时被擦除到他的第一个边界。如<T>会被擦除为Objet，而<T extends ClazzA>则会被擦除为ClazzA。

需要注意的地方

不能有泛型数组

这是因为 Java 中 Object[]默认为所有数组的父类，如下代码虽然在编译期不会报错，但是在运行时会被检查出 objArr 指向的数组实际类型（String）和要赋予的类型（Integer）不一致而报错。

也就是说，数组只能存放定义的实际类型以及他们的子类型。

Object[] objArr = new String[10];
objArr[0] = 1;

但是，如果支持泛型数组：由于泛型类型参数会在运行时被擦除，导致即使到了运行时也无法发现这个错误，从而会导致错误。

如下，加入支持泛型参数，则 objArr1 中实际保存的类型（Map<String,Integer>），在编译的时候由于 objArr1 和 objArr2 都是 Object 类型的数组，编译通过；在运行的时候，由于 Map 中的泛型参数类型已经被擦除，也无法区分 objArr1 和 objArr2 中实际指向的两个 Map<K,V>数组，也是合法的，这样原本定义的是 Map<String,Integer>数组，却可以保存任何类似的 Map，而这本来是不允许的。

Object[] objArr1 = new Map<String,Integer>[10];
Object[] objArr2 = new Map<Double,Integer>[10];
objArr1[0] = objArr2[0];

Collections 类通过一种别扭的方法绕过了这个问题，在 Collections 类编译时会产生类型未检查转换的警告。

ArrayList具体实现的构造函数如下：

class ArrayList<V>{
    private V[] backingArray;
    public ArrayList(){
        backingArray = (V[])new Object()[DEFAULT_SIZE];
    }
}

为何这些代码在访问 backingArray时没有产生 ArrayStoreException呢？无论如何，都不能将 Object数组赋给 String数组。因为泛型是通过擦除实现的，backingArray的类型实际上就是 Object[]，因为 Object代替了 V。

这意味着：实际上这个类期望 backingArray是一个 Object数组，但是编译器要进行额外的类型检查，以确保它包含 V类型的对象。

来源：https://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-jtp01255.html

泛型容器

由于泛型的类型在运行时会被擦除，所以将类型检查放到了编译期。

List<Clazz> 泛型列表只能保存指定泛型类型T的数据，而不能保存其子类。

class Fruit{}
class Apple extends Fruit{}
class Jonathan extends Apple{}
//编译时报错，类型不兼容
List<Fruit> fruits = new ArrayList<Apple>();

但是能保存 Fruit 的容器应该也要能安全的保存 Apple，为了实现这一点，类似于数组中Object[] arr = Apple[]的向上转型，可以使用?引入协变。

协变

List<? extends T> 可以合法的指向一个List< SubT>，这个过程会完成自动向上转型，成为可以持有某个诸如 T 或者 T 的子类的 List，但是编译器不知道这个类具体是什么，所以拒绝向其中传递任何类型对象，即使 Object 也不行。

可以这么想，<? extends T>表示的是 T 的子类，那么List<? extends T> 保存的便是T 的某个子类，所以不能保存 Object 或者 T 等类型，又由于列表不能保存不同的类型，所以也不能保存任何 T 的子类，即容器将数组在运行时才会有的类型检查放到了编译期（原因是运行时类型会被擦除）。

List<? extends Fruit> fruits = new ArrayList<Apple>();//可以安全的应用
fruits2.add(new Apple());//编译时报错，类型转化错误
fruits2.add(new Fruit());//编译时报错

逆变

List<? super T> 主动声明通配符?的超类型为T,即 List 保存的是T 的某个父类，那么 List 也可以安全的保存T 或者 T 的子类。

void fun(List<? super Apple> apples){
    apples.add(new Apple());
    apples.add(new Jonathan());
    apples.add(new Fruit());//error 类型错误
}

参考资料

java 为什么不支持泛型数组？ - ylxfc 的回答 - 知乎

Oracle Java 泛型原理

Java 理论和实践 - 了解泛型 - 识别和避免学习使用泛型过程中的陷阱

Java 泛型（二）协变与逆变

《Java 编程思想 第 4 版》