Java的泛型机制

泛型是 Java 从 JDK5 开始引入的新特性，本质上是参数化类型，即所操作的数据类型被指定为一个参数。这意味着编写的代码可以被很多不同类型的对象所重用。

1. 泛型的使用方式

1.1 泛型类

用下面的语法可以定义一个泛型类：

class C< T, E, ...>{
    private T t;
    ...
}

常用的泛型标识有 T、E、K、V。

用下面的语法可以创建一个泛型对象：

C<具体的数据类型> c = new C<>();

泛型类有以下注意事项：

• 如果没有指定具体的数据类型，操作类型是 Object。
• 泛型的类型参数只能是类类型，不能是基本数据类型。
• 泛型类型在逻辑上看作多个不同类型，但实际上是相同类型。

用下面的语法可以从泛型类派生子类：

// 子类也是泛型类，要和父类的泛型类型保持一致。但可以添加更多类型。
class Child<T> extends Father<T>
class Child<T, E, K> extends Father<T>  
// 子类不是泛型类，父类要明确一个泛型的数据类型
class Child extends Father<String>

1.2 泛型接口

定义方式类似于泛型类。

当需要用一个类实现泛型接口时：

• 如果实现类不是泛型类，接口要明确数据类型。
• 如果实现类是泛型类，实现类和接口的泛型类型要一致，但也可以增加更多。

1.3 泛型方法

用下面的语法可以定义一个泛型方法：

public <T, E, ...> void f(){
    ...
}

泛型类的类型由构造对象时决定，泛型方法的类型由调用方法时决定。

1.4 类型通配符

我们用?作为类型通配符，代表具体的类型实参。

使用extends语句可以代表类型通配符的上限：

类/接口<? extends 实参类型>

要求该泛型的类型，只能是实参类型或者实参类型的子类类型。

使用super语句可以代表类型通配符的下限：

类/接口<? super 实参类型>

带有超类型限定的通配符可以向泛型对象写入，带有子类型限定的通配符可以从泛型对象读取。

2. 类型擦除式泛型

Java 的泛型实现方式是类型擦除的伪泛型。在 Java 中，泛型只在程序源码中存在，编译后的字节码文件中泛型全部被擦除，替换为原来的裸类型，并在相应的位置插入了强制转型代码。

假设我们有下面这段代码：

public static void main(String[] args){
	Map<String, String> map = new HashMap<String, String>();
    map.put("hello", "你好");
    System.out.pirntln(map.get("hello"));
}

这里向泛型类型为<Stirng, String>的 map 内插入了一个键值对，又从中将值取出。如果我们先将这段 Java 代码编译为 Class 文件，又反编译 Class 文件，实际上会得到以下代码：

public static void main(String[] args){
	Map map = new HashMap();
    map.put("hello", "你好");
    System.out.pirntln((String)map.get("hello"));
}

显然，在前端编译过程中，对象的泛型类型被擦除，转换为了没有泛型的裸类型。而在字节码文件的相关位置插入了强制类型转换代码，从而实现泛型。

类型擦除式的泛型带来了几个严重的问题：

Ⅰ. 不支持基础数据类型的泛型

由于我们无法在 int、long 等基础数据类型和 Object 之间强制转型，所以 Java 的泛型不支持基础数据类型。

Ⅱ. 运行时无法获取泛型类型信息

加入我们想写一个泛型版本的 List 转换为数组的方法，由于不能再运行时获取泛型信息，只能再传入一个元素的类型。

public static <T> T[] convert(List<T> list, Class<T> componentType){
    Tp[] array = (T[])Array.newInstance(componentType, list.size());
}

Ⅲ. 无法正常的实现重载等功能

例如两个方法我们试图依赖泛型类型不同来实现重载，就会发生编译错误。因为泛型类型在前端编译器被擦除了，变成了两个一模一样的方法。

3. 桥接方法的机制

当一个类实现一个泛型接口时，泛型接口在编译后类型被擦除，这样我们在实现类中就不能找到对应接口的实现方法。为了解决这个问题，Java 在编译相关类时使用了一个桥接方法的机制，通过为实现类新增一个桥接方法，来实现类型擦除后接口的方法。