从零开始学Java72之泛型是怎么回事？

朴灿烈づ我的快乐病毒、 2024-03-16 11:26 46阅读 0赞

## 前言 ##

![在这里插入图片描述][c4d87824fc284460bc07bf22c2b66d98.png]

在前面的几篇文章中，详细地给大家介绍了Java里的集合。但在介绍集合时，我们涉及到了泛型的概念却并没有详细学习，**所以今天我们要花点时间给大家专门讲解什么是泛型、泛型的作用、用法、特点等内容。**

有些粉丝朋友，在之前就一直很好奇，比如List< String >中的 < String > 部分到底是什么？有啥用？为什么要加这个< >？这一部分有没有什么特别的用法？总之，你的疑问可能会有很多，别急，今天就带你一点点认识Java里的泛型！

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全文大约【**6000】** 字，不说废话，只讲可以让你学到技术、明白原理的纯干货！本文带有丰富的案例及配图视频，让你更好地理解和运用文中的技术概念，并可以给你带来具有足够启迪的思考…

## 一. 泛型简介 ##

作为Java中常用且重要的一个概念，泛型帮我们实现了代码重用，也保证了类型安全。但关于它的详细内容，目前很多同学还不清楚，所以接下来就带各位来学习这个重要的知识点。

### 1. 背景 ###

为了能够让大家更好地理解泛型的作用，在我们开始学习泛型之前，先给大家提个开发需求：

**我们现在有一个需求，要求你编写一个对数组进行排序的方法，该方法能够对浮点型数组、整型数组、字符串数组或者是其他任何类型的数组进行排序，你该如何实现？**

有的小伙伴会说，这很简单啊，我可以利用方法重载，针对每种类型的数组分别编写一个排序方法，需要为几种类型的数组排序，我就定义几个排序方法。如果你是这么实现的，只能哈哈哈了，这种做法明显不好，**代码可重用性太差**。

又有的小伙伴说了，可以定义一个方法，里面设置一个Object\[\]类型的参数，这样无论是哪种类型都可以处理了。这样定义方法，比上面那个同学的想法要稍好一点，但此时我们需要在Object类型和整型、String类型或其他类型之间**进行强制类型转换**。所以这样做就无法保证集合中元素的类型安全，稍一不慎就**可能会导致** **ClassCastException类型转换异常**。

so，这也不行，那也不行，到底该怎么办？这不，为了解决这些问题，所以Java中就产生了泛型这个技术。

### 2. 概念 ###

**泛型(generics)** 这个技术是在JDK 5中引入的新特性，它的**本质其实是类型参数化，** 利用泛型可以实现一套代码对多种数据类型的动态处理，保证了更好的代码重用性。并且**泛型还提供了编译时对类型安全进行检测的机制，该机制允许我们在编译时就能够检测出非法的类型，** **提高了代码的安全性**。

这种特性，使得泛型成了一种 **“代码模板”** ，让我们利用一套代码就能实现对各种类型的套用。也就是说，我们只需要编写一次代码，就可以实现万能匹配，这也是”泛型“这个概念的含义，你可以将其理解为”广泛的类型“、”非特定的类型“。咱们上面的那个需求，利用泛型就能轻松实现，还不需要进行类型的强制转换，并且也保证了数据的类型安全。

### 3. 作用 ###

所以根据上面泛型的概念，我们可以提取出泛型的核心作用：

*  **泛型可以在编译时对类型进行安全检测，使得所有的强制转换都是自动隐式实现的，保证了类型的安全性；**
 *  **泛型作为”代码模板“，实现了一套代码对各种类型的套用，提高了代码的可重用性。**

### 4. 使用场景 ###

基于泛型的这些特性和作用，我们可以把泛型用在很多地方，在这里给大家做了一个总结，通常情况下，泛型可以用在如下场景中：

*  **泛型集合**：在各种集合中使用泛型，保证集合中元素的类型安全；
 *  **泛型方法**：在各种方法中使用泛型，保证方法中参数的类型安全；
 *  **泛型类**：在类的定义时使用泛型，为某些变量和方法定义通用的类型；
 *  **泛型接口**：在接口定义时使用泛型，为某些常量和方法定义通用的类型；
 *  **泛型加反射**：泛型也可以结合反射技术，实现在运行时获取传入的实际参数等功能。

但是我们要注意，**无论我们在哪个地方使用泛型，泛型都不能是基本类型，** 关于这一点，我会在讲解泛型擦除时再细说。

总之，泛型的应用场景有很多，以上只是给大家总结的几个重点使用场景，接下来就这几个场景分别给大家进行讲解。

### 5. 配套视频 ###

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## 二. 泛型集合 ##

### 1. 简介 ###

泛型最常见的一个用途，就是在集合中对数据元素的类型进行限定。集合作为一个容器，主要是用来容纳保存数据元素的，但集合的设计者并不知道我们会用集合来保存什么类型的对象，所以他们就把集合设计成能保存任何类型的对象。这就要求集合具有很好的通用性，内部可以装载各种类型的数据元素。集合之所以可以实现这一功能，主要是集合的源码中已经结合泛型做了相关的设计，我们来看看`Collection`的源码，如下图所示：

![image.png][]

而Collection的子类List中也增加了对泛型的支持，如下图所示：

![image.png][image.png 1]

上面的源码中，集合中的< E >就是泛型，至于泛型的名字为什么叫做”E“，后面再跟大家细说。但不管如何，从这些源码中我们就可以看出，Java的集合本身就支持泛型了。我们先不管集合底层是如何设计的，咱们先从基本用法开始学起。

### 2. 语法 ###

在集合中使用泛型其实比较简单，我们以List集合为例，其基本语法如下：

//可以省略后面ArrayList里的String，编译器可以自动根据前面<>里的类型，推断出后面<>里使用的泛型类型
    List<String> list = new ArrayList<>();

上面的语法，其含义是说我们定义了一个ArrayList集合，但该集合不能随便添加数据元素，只能添加`String`类型的元素。也就是说，在上面的语法中，我们通过泛型，限定了`ArrayList`集合的元素类型。当我们定义List集合时，如果已经限定了泛型类型，但后面添加元素时你非得违背这个类型，Java就会在编译阶段报错，如下图所示：

![image.png][image.png 2]

我们在定义集合时，可以省略后面`ArrayList`里的`String`，编译器可以自动根据前面< >里的类型，推断出后面< >里使用的泛型类型。**另外Set和Map集合的用法，与List集合类似，我们可以通过下面这个案例来体会一下集合泛型的魅力。**

### 3. 代码案例 ###

在本案例中，我们可以给List、Set、Map等集合设置泛型，从而限定集合中数据元素的类型。

import java.util.ArrayList;
    import java.util.HashMap;
    import java.util.HashSet;
    import java.util.List;
    import java.util.Map;
    import java.util.Set;
    
    public class Demo01 {
        
    	public static void main(String[] args) {
        
    		//定义集合泛型
    		//此时的集合只能接受String类型元素，后面ArrayList<>中的<>，里面的String可写可不写
    		List<String> list = new ArrayList<>();
    		//如果类型不一致，在编译阶段就会检测出有错误，保证了数据的安全性
    		//list.add(100);
    		list.add("Hello");
    		String strValue = list.get(0);
    		System.out.println("list value="+strValue);
    		
    		Set<Integer> set=new HashSet<>();
    		//set.add("hello");
    		set.add(200);
    		Iterator<Integer> iterator = set.iterator();
    		while(iterator.hasNext()) {
        
    			Integer nextValue = iterator.next();
    			System.out.println("set value="+nextValue);
    		}
    		
    		//限定Map集合的key是String类型，value是Long类型
    		Map<String,Long> map=new HashMap<>();
    		//map.put("number", "10000");
    		map.put("number", 10000L);
    		Long value = map.get("number");
    		System.out.println("map value="+value);
    	}
    }

在这个案例中，我们在集合中通过泛型限定了集合元素的数据类型。**如果元素的类型与要求的不一致，在编译阶段就会检测出有错误，不需要进入到运行阶段才能发现类型不一致。而且我们** **在获取集合中的元素时，也不需要进行强制类型转换，程序会自动进行隐式转换，** **这就保证了数据的安全性，也提高了代码的执行效率。**

另外我们所**使用的泛型参数，也被称为类型变量，是用于指定泛型类型名称的标识符**。我们可以根据需要，在集合、类、接口、方法等地方定义一个或多个泛型参数，这些泛型化的类型参数也被称为参数化的类或参数化的类型。

### 4. 配套视频 ###

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## 三. 泛型接口 ##

我们除了可以在集合中使用泛型，还可以在定义接口时使用泛型，这也是泛型的常用形式之一。

### 1. 语法 ###

在定义接口时使用泛型的基本语法格式如下：

//在接口名称后面紧跟泛型<>
    public interface InterfaceName<T> {
        
        // 接口的方法定义
    }
    
    //可以同时定义多个泛型，多个泛型用","逗号分割
    public interface InterfaceName2<M,N> {
        
        // 接口的方法定义
    }

大家注意，这里泛型的名称T/M/N，其实是我们随意写的，我们并不一定非要使用T，也可以使用M、N、E等任意名称。而之所以使用T，只是采用了Type类型这个单词的首字母而已。虽然如此，但我们在实际开发时，为了尽量做到见名知意，请大家还是要尽量采用有意义的名称，通常会使用如下几个常用字母：

*  **E** \- Element(表示集合元素，常在集合中使用)；
 *  **T** \- Type(表示Java类，常用在类和接口中)；
 *  **K** \- Key(表示键)；
 *  **V** \- Value(表示值)；
 *  **N** \- Number(表示数值类型)；
 *  **？** \- 表示不确定的Java类型。

另外，这里的T只是一种类型参数，你可以把它理解成是一个”表面的占位符“。在真正赋值时，它可以用任何实际的类型来替代，如`Integer、String、自定义类型`等。并且我们在定义接口时，可以根据实际需要，同时定义多个泛型，多个泛型之间用","逗号分割。而在实际使用时，我们需要在该接口名的后面加上一对尖括号，用来传入实际的类型。

### 2. 代码案例 ###

#### 2.1 定义泛型接口 ####

接下来我们再通过一个案例来学习一下接口泛型如何使用，这里我们定义一个泛型接口ICompute，内部定义了一个用于计算的方法，如下所示：

public interface ICompute<M,N> {
        
    
    	//定义一个加法计算的方法
    	M add(M m,N n);
    }

#### 2.2 实现泛型接口 ####

接下来我们把这个接口进行实现，代码如下：

public class Demo02 {
        
    	public static void main(String[] args) {
        
    		//这里壹哥直接利用匿名内部类的写法进行实现，大家也可以编写一个类实现ICompute接口
    		//我这里传入了两个Integer类型的具体参数，分别取代M和N
    		ICompute<Integer, Integer> iCompute = new ICompute<Integer, Integer>() {
        
    			@Override
    			public Integer add(Integer m, Integer n) {
        
    				return m+n;
    			}
    		};
    		
    		//调用上面实现的方法
    		Integer result = iCompute.add(100, 200);
    		System.out.println("result="+result);
    	}
    }

这里直接利用匿名内部类的写法进行实现，大家也可以编写一个类实现ICompute接口。我这里传入了两个Integer类型的具体参数，分别取代M和N，当然我们也可以根据需要，在实现时传入Float/Double等其他类型。

### 3. 配套视频 ###

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## 四. 泛型类 ##

其实Java的类和接口在很多地方都很类似，所以我们在定义接口时可以使用泛型，也可以在定义类时使用泛型，泛型类常用于类中的属性类型不确定的情况下，这也是泛型的常用形式之一。

### 1. 语法 ###

其实泛型类的声明和普通类的声明类似，只是在类名后面多添加了一个关于泛型的声明。并且**泛型类的类型参数部分，可以包含一个或多个类型参数，多个参数间用逗号隔开**。一般我们在定义泛型类时，需要在类名后添加类型参数，语法格式与泛型接口一致，如下所示：

public class ClassName<T> {
        
        // 类的成员变量和方法定义
    }

泛型类的要求和泛型接口完全一样，这里就不再赘述了。

### 2. 代码案例 ###

#### 2.1 定义泛型类 ####

接下来定义一个泛型类Pair，它包含两个类型相同的成员变量：

public class Pair<T> {
        
    
    	//我们可以直接把泛型当成一个java的“类型”来用，Java类怎么用，泛型就可以怎么用
    	//直接利用泛型来定义成员变量
    	private T first;
        private T second;
    
        //构造方法中使用泛型
        public Pair(T first, T second) {
        
            this.first = first;
            this.second = second;
        }
    
        //方法中使用泛型
        public T getFirst() {
        
            return first;
        }
    
        public T getSecond() {
        
            return second;
        }
    }

在上述代码中，我们定义了一个泛型类Pair，它有两个类型相同的成员变量`first和second`，以及一个构造函数和两个访问成员变量的方法。在定义Pair类时，我们使用了类型参数T来代表类型，而在实例化该泛型类时，需要指明泛型类中的类型参数，并赋予泛型类属性相应类型的值，比如指定T是`String/Integer/Student/Person`等任意类型。

#### 2.2 使用泛型类 ####

接下来是使用Pair类的具体代码：

public class Demo03 {
        
    	public static void main(String[] args) {
        
    		//调用泛型类
    		Pair<String> pair = new Pair<>("Hello", "World");
    		// 输出 "Hello"
    		System.out.println("first="+pair.getFirst()); 
    		// 输出 "World"
    		System.out.println("last="+pair.getSecond()); 
    	}
    }

在上述代码中，我们使用了Pair类，并将类型参数指定为String类型。然后我们创建了一个Pair对象，并通过`getFirst`和`getSecond`方法访问了成员变量。

### 3. 配套视频 ###

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## 五. 继承泛型类和实现泛型接口 ##

在Java中，泛型不仅可以用于类、方法的定义，还可以用于类和接口的继承与实现。接下来就给大家详细介绍一下，该如何继承泛型类和实现泛型接口。

### 1. 简介 ###

大家要注意，**一个被定义为泛型的类和接口，也可以被子类继承和实现**。例如下面的示例代码，就给大家演示了如何继承一个泛型类。

public class FatherClass<T1>{
        }
    
    public class SonClass<T1,T2,T3> extents FatherClass<T1>{
        }

但是如果我们想要`SonClass`类在继承`FatherClass`类时，能够保留父类的泛型类型，则需要在继承时就指定。否则直接使用`extends FatherClass`语句进行继承操作时，T1、T2 和 T3都会自动变为Object类型，所以一般情况下都是将父类的泛型类型保留。

接下来会分别给大家介绍一下如何继承泛型类和实现泛型接口。

### 2. 继承泛型类 ###

#### 2.1 定义泛型父类 ####

在Java中，我们可以通过继承一个泛型类来实现泛型的重用。子类可以继承父类中定义的泛型类型，并根据自己的需要，增加、修改泛型类型的参数，从而实现泛型类的个性化定制。下面是一个泛型类的示例：

public class GenericClass<T1> {
        
    
    	private T1 data;
    
    	public GenericClass(T1 data) {
        
    		this.data = data;
    	}
    
    	public T1 getData() {
        
    		return data;
    	}
    }

#### 2.2 泛型子类继承父类 ####

我们可以通过继承`GenericClass`类，来创建一个新的泛型类`SonGenericClass`，并增加新的泛型类型：

public class SonGenericClass<T1,T2> extends GenericClass<T1>{
        
    
    	private T2 otherData;
        
        public SonGenericClass(T1 data, T2 otherData) {
        
            super(data);
            this.otherData = otherData;
        }
        
        public T2 getOtherData() {
        
            return otherData;
        }
    }

在上面的示例中，`SonGenericClass`类继承了`GenericClass`类，并增加了一个新的泛型类型T2。在构造方法中，调用父类的构造方法，并传入T1类型的数据，然后再将T2类型的数据赋值给类的成员变量`otherData`。通过这种方式，我们可以创建一个具有更多泛型参数的类，并且保留了原始泛型类的特性。我们来看看最终的测试结果：

public class Demo08 {
        
    
    	public static void main(String[] args) {
        
    		SonGenericClass<Integer,String> son=new SonGenericClass<>(100, "hello");
            //子类从父类中继承来的泛型
    		Integer data = son.getData();
    		String otherData = son.getOtherData();
    		System.out.println("t1---data="+data+",t2---data="+otherData);
    	}
    }

这样，子类通过继承父类，也自动获得了父类中的泛型。

### 3. 实现泛型接口 ###

#### 3.1 定义泛型接口 ####

类似于继承泛型类，我们也可以通过实现泛型接口，来定义具有多个泛型参数的接口。实现泛型接口的过程与实现普通接口的过程相同，我们只需要在接口名后面添加 < T > 这样的泛型参数声明即可。下面是一个泛型接口的示例：

public interface GenericInterface<T1> {
        
    	
    	public void doSomething(T1 data);
    }

#### 3.2 两种实现方式 ####

我们在实现泛型接口时，可以采用两种实现方式：

1.  **指定具体类型**：就是在实现接口时，明确指定泛型参数的具体类型；
2.  **保留泛型参数**：在实现接口时，不明确指定泛型参数的具体类型，而是保留泛型参数。

如果是通过指定具体类型的方式进行实现，一般形式如下：

public class StringPair implements Pair<String> {
        
        .....
    }

在这种方式中，我们定义了一个Pair接口，然后让子类`StringPair`进行实现，但在实现时就明确指定了具体的泛型参数为`String`。这样，我们在使用`StringPair`对象时，就明确知道了类内部的数据类型。

如果是通过保留泛型参数的方式进行实现，一般形式如下：

public class NumberPair<T extends 父类型> implements Pair<T> {
        
        ......
    }

在这种方式中，我们定义了一个泛型接口Pair< T >，然后定义一个实现字类`NumberPair`，可以在实现时保留泛型参数。

#### 3.3 实现泛型接口 ####

接下来，我们再编写一个`SubGenericInterface`类，并**通过保留泛型参数的方式**，来实现`GenericInterface`接口，并增加一个新的泛型类型T2，代码如下：

public class SubGenericClass<T1,T2> implements GenericInterface<T1>{
        
    
    	private T2 otherData;
    	
    	@Override
    	public void doSomething(T1 data) {
        
    		System.out.println("t1="+data);
    	}
        
        public SubGenericClass(T2 otherData) {
        
            this.otherData = otherData;
        }
        
        public T2 getOtherData() {
        
            return otherData;
        }
    
    }

这样泛型子类就实现了泛型父类，并在子类中增加了一个新的泛型，最终的结果如下所示：

public class Demo09 {
        
    
    	public static void main(String[] args) {
        
    		SubGenericClass<Integer,String> sub=new SubGenericClass<>("hello");
    		sub.doSomething(100);
    		String otherData = sub.getOtherData();
    		System.out.println("t2---data="+otherData);
    	}
    }

**其实，实现泛型接口和继承泛型类都很简单，我们只需要在类定义中使用相同的泛型类型参数，然后实现接口的方法或覆盖超类的方法即可。**

以上就是关于泛型的概念、作用、泛型接口、泛型类等相关的内容，其实泛型的内容还有很多，比如泛型方法、泛型擦除和泛型中的通配符等。但受限于篇幅，会在下一篇文章中继续给大家讲解这些内容，敬请继续关注哦。

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## 五. 结语 ##

至此，在本文中就把**泛型的概念、作用、泛型接口和泛型类**给大家介绍完了，本文重点内容如下：

*  **泛型是一种类型参数，可以编写模板代码来适应任意类型；**
 *  **泛型在使用时不必对类型进行强制转换，它可以通过编译器在编译阶段对类型进行检查；**
 *  **使用泛型时可以把泛型参数< T >替换成想要的class类型，例如** **ArrayList< String>** **，** **ArrayList< Number >等；**
 *  **编译器可以根据前面的泛型，在后面自动推断出类型，例如List< String > list = new ArrayList<>()；**
 *  **如果我们在使用时不指定泛型参数类型时，编译器会给出警告，且只能将** **< T >视为Object类型；**
 *  **我们可以在接口和类中定义泛型类型，实现此接口的类必须传入正确的泛型类型；**
 *  **我们可以同时定义多个泛型，例如** **Map<K, V>** **；**
 *  **可以继承泛型类和实现泛型接口。**

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