JavaSE笔记——泛型-创新互联

泛型也可以应用于接口。例如 生成器，这是一种专门负责创建对象的类。实际上，这是 工厂方法设计模式的一种应用。不过，当使用生成器创建新的对象时，它不需要任何参数，而工厂方法一般需要参数。生成器无需额外的信息就知道如何创建新对象。

一般而言，一个生成器只定义一个方法，用于创建对象。例如 java.util.function 类库中的 Supplier 就是一个生成器，调用其 get() 获取对象。get() 是泛型方法，返回值为类型参数 T。

public class CoffeeSupplier implements Supplier, Iterable{private Class[] types = {Latte.class, Mocha.class, Cappuccino.class, Americano.class, Breve.class};
    private static Random rand = new Random(47);

    public CoffeeSupplier() {}

    private int size = 0;

    public CoffeeSupplier(int sz) {size = sz;
    }

    @Override
    public Coffee get() {try {return (Coffee) types[rand.nextInt(types.length)].newInstance();
        } catch (InstantiationException | IllegalAccessException e) {throw new RuntimeException(e);
        }
    }

    @Override
    public Iteratoriterator() {return new CoffeeIterator();
    }

    class CoffeeIterator implements Iterator{int count = size;

        @Override
        public boolean hasNext() {return count >0;
        }

        @Override
        public Coffee next() {count--;
            return CoffeeSupplier.this.get();
        }

        @Override
        public void remove() {throw new UnsupportedOperationException();
        }

    }

    public static void main(String[] args) {Stream.generate(new CoffeeSupplier()).limit(5).forEach(System.out::println);
        for (Coffee c : new CoffeeSupplier(5)) {System.out.println(c);
        }

    }
}

参数化的 Supplier 接口确保 get() 返回值是参数的类型。CoffeeSupplier 同时还实现了 Iterable 接口，所以能用于 for-in 语句。不过，它还需要知道何时终止循环，这正是第二个构造函数的作用。

到目前为止，我们已经研究了参数化整个类。其实还可以参数化类中的方法。类本身可能是泛型的，也可能不是，不过这与它的方法是否是泛型的并没有什么关系。

泛型方法独立于类而改变方法。作为准则，请 “尽可能” 使用泛型方法。通常将单个方法泛型化要比将整个类泛型化更清晰易懂。

如果方法是 static 的，则无法访问该类的泛型类型参数，因此，如果使用了泛型类型参数，则它必须是泛型方法。

要定义泛型方法，请将泛型参数列表放置在返回值之前，如下所示：

public class GenericMethods {publicvoid f(T x) {System.out.println(x.getClass().getName());
    }

    public static void main(String[] args) {GenericMethods gm = new GenericMethods();
        gm.f("");
        gm.f(1);
        gm.f(1.0);
        gm.f(1.0F);
        gm.f('c');
        gm.f(gm);
    }
}

尽管可以同时对类及其方法进行参数化，但这里未将 GenericMethods 类参数化。只有方法 f() 具有类型参数，该参数由方法返回类型之前的参数列表指示。

对于泛型类，必须在实例化该类时指定类型参数。使用泛型方法时，通常不需要指定参数类型，因为编译器会找出这些类型。这称为 类型参数推断。因此，对 f() 的调用看起来像普通的方法调用，并且 f() 看起来像被重载了无数次一样。它甚至会接受GenericMethods 类型的参数。

泛型方法和变长参数列表可以很好地共存：

public class GenericVarargs {@SafeVarargs
    public staticListmakeList(T... args) {Listresult = new ArrayList<>();
        for (T item : args) {result.add(item);
        }
        return result;
    }

    public static void main(String[] args) {Listls = makeList("A");
        System.out.println(ls);
        ls = makeList("A", "B", "C");
        System.out.println(ls);
        ls = makeList("ABCDEFFHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ".split(""));
        System.out.println(ls);
    }

}

此处显示的 makeList() 方法产生的功能与标准库的 java.util.Arrays.asList() 方法相同。

@SafeVarargs 注解保证我们不会对变长参数列表进行任何修改，这是正确的，因为我们只从中读取。如果没有此注解，编译器将无法知道这些并会发出警告。

这是一个为任意具有无参构造方法的类生成 Supplier 的类。为了减少键入，它还包括一个用于生成 BasicSupplier 的泛型方法：

public class BasicSupplierimplements Supplier{private Classtype;

    public BasicSupplier(Classtype) {this.type = type;
    }

    @Override
    public T get() {try {return type.newInstance();
        } catch (InstantiationException |
                IllegalAccessException e) {throw new RuntimeException(e);
        }
    }

    public staticSuppliercreate(Classtype) {return new BasicSupplier<>(type);
    }
}

此类提供了产生以下对象的基本实现：

1. 是 public 的。因为 BasicSupplier 在单独的包中，所以相关的类必须具有 public权限，而不仅仅是包级访问权限。
2. 具有无参构造方法。要创建一个这样的 BasicSupplier 对象，请调用 create() 方法，并将要生成类型的类型令牌传递给它。通用的 create() 方法提供了 BasicSupplier.create(MyType.class) 这种较简洁的语法来代替较笨拙的 new BasicSupplier(MyType.class)。

static Tuple2f() {return new Tuple2<>("hi", 47);
    }

对于泛型方法的另一个示例，请考虑由 Set 表示的数学关系。这些被方便地定义为可用于所有不同类型的泛型方法：

public class Sets {public staticSetunion(Seta, Setb) {Setresult = new HashSet<>(a);
        result.addAll(b);
        return result;
    }

    public staticSetintersection(Seta, Setb) {Setresult = new HashSet<>(a);
        result.retainAll(b);
        return result;
    }
    
    public staticSetdifference(Setsuperset, Setsubset) {Setresult = new HashSet<>(superset);
        result.removeAll(subset);
        return result;
    }
    
    public staticSetcomplement(Seta, Setb) {return difference(union(a, b), intersection(a, b));
    }
}

前三个方法通过将第一个参数的引用复制到新的 HashSet 对象中来复制第一个参数，因此不会直接修改参数集合。因此，返回值是一个新的 Set 对象。

这四种方法代表数学集合操作：union() 返回一个包含两个参数并集的 Set ，intersection() 返回一个包含两个参数集合交集的 Set ，difference() 从 superset中减去 subset 的元素，而 complement() 返回所有不在交集中的元素的 Set。

泛型的一个重要好处是能够简单安全地创建复杂模型。例如，我们可以轻松地创建一个元组列表：

public class TupleListextends ArrayList>{public static void main(String[] args) {TupleListtl = new TupleList<>();
        tl.add(TupleTest.f());
        tl.add(TupleTest.f());
        tl.forEach(System.out::println);
    }

}

这将产生一个功能强大的数据结构，而无需太多代码。

public class LostInformation {public static void main(String[] args) {Listlist = new ArrayList<>();
        Mapmap = new HashMap<>();
        Quarkquark = new Quark<>();
        System.out.println(Arrays.toString(list.getClass().getTypeParameters()));
        System.out.println(Arrays.toString(map.getClass().getTypeParameters()));
        System.out.println(Arrays.toString(quark.getClass().getTypeParameters()));
    }

    static class Frob {}
    static class Fnorkle {}
    static class Quark{}
}

根据 JDK 文档，Class.getTypeParameters() “返回一个 TypeVariable 对象数组，表示泛型声明中声明的类型参数…” 这暗示你可以发现这些参数类型。但是正如上例中输出所示，你只能看到用作参数占位符的标识符，这并非有用的信息。

残酷的现实是：在泛型代码内部，无法获取任何有关泛型参数类型的信息。因此，你可以知道如类型参数标识符和泛型边界这些信息，但无法得知实际的类型参数从而用来创建特定的实例。在使用 Java 泛型工作时，它是必须处理的最基本的问题。

Java 泛型是使用擦除实现的。这意味着当你在使用泛型时，任何具体的类型信息都被擦除了，你唯一知道的就是你在使用一个对象。因此，List和 List在运行时实际上是相同的类型。它们都被擦除成原生类型 List。

如果 Java 1.0 就含有泛型的话，那么这个特性就不会使用擦除来实现——它会使用具体化，保持参数类型为第一类实体，因此你就能在类型参数上执行基于类型的语言操作和反射操作。泛型在 Java 中仍然是有用的，只是不如它们本来设想的那么有用，而原因就是擦除。

在基于擦除的实现中，泛型类型被当作第二类类型处理，即不能在某些重要的上下文使用泛型类型。泛型类型只有在静态类型检测期间才出现，在此之后，程序中的所有泛型类型都将被擦除，替换为它们的非泛型上界。例如，List 这样的类型注解会被擦除为 List，普通的类型变量在未指定边界的情况下会被擦除为 Object。

擦除的核心动机是你可以在泛化的客户端上使用非泛型的类库，反之亦然。这经常被称为 “迁移兼容性”。在理想情况下，所有事物将在指定的某天被泛化。在现实中，即使程序员只编写泛型代码，他们也必须处理 Java 5 之前编写的非泛型类库。这些类库的作者可能从没想过要泛化他们的代码，或许他们可能刚刚开始接触泛型。

因此 Java 泛型不仅必须支持向后兼容性——现有的代码和类文件仍然合法，继续保持之前的含义——而且还必须支持迁移兼容性，使得类库能按照它们自己的步调变为泛型，当某个类库变为泛型时，不会破坏依赖于它的代码和应用。在确定了这个目标后，Java 设计者们和从事此问题相关工作的各个团队决策认为擦除是唯一可行的解决方案。擦除使得这种向泛型的迁移成为可能，允许非泛型的代码和泛型代码共存。

因此，擦除主要的正当理由是从非泛化代码到泛化代码的转变过程，以及在不破坏现有类库的情况下将泛型融入到语言中。擦除允许你继续使用现有的非泛型客户端代码，直至客户端准备好用泛型重写这些代码。这是一个崇高的动机，因为它不会骤然破坏所有现有的代码。

擦除的代价是显著的。泛型不能用于显式地引用运行时类型的操作中，例如转型、instanceof 操作和 new 表达式。因为所有关于参数的类型信息都丢失了，当你在编写泛型代码时，必须时刻提醒自己，你只是看起来拥有有关参数的类型信息而已。考虑如下的代码段：

class Foo{T var;
}

Foof = new Foo<>();

class Foo 中的代码应该知道现在工作于 Cat 之上。泛型语法也在强烈暗示整个类中所有 T 出现的地方都被替换，当你在编写这个类的代码时，必须提醒自己：“不，这只是一个 Object“。

另外，擦除和迁移兼容性意味着，使用泛型并不是强制的：

public class GenericBase{private T element;
    public void set(T arg) {element = arg;
    }
    public T get() {return element;
    }
}
class Derived1extends GenericBase{}

class Derived2 extends GenericBase {}

因为擦除，发现泛型最令人困惑的方面是可以表示没有任何意义的事物。例如：

public class ArrayMaker{private Classkind;
    public ArrayMaker(Classkind) {this.kind = kind;
    }
    @SuppressWarnings("unchecked")
    T[] create(int size) {return (T[]) Array.newInstance(kind, size);
    }
    public static void main(String[] args) {ArrayMakerstringMaker = new ArrayMaker<>(String.class);
        String[] stringArray = stringMaker.create(9);
        System.out.println(Arrays.toString(stringArray));
    }

}

即使 kind 被存储为 Class，擦除也意味着它实际被存储为没有任何参数的Class。因此，当你在使用它时，例如创建数组，Array.newInstance() 实际上并未拥有 kind 所蕴含的类型信息。所以它不会产生具体的结果，因而必须转型，这会产生一条令你无法满意的警告。

如果我们创建一个集合而不是数组，情况就不同了：

public class ListMaker{Listcreate() {return new ArrayList<>();
    }

    public static void main(String[] args) {ListMakerstringMaker = new ListMaker<>();
        ListstringList = stringMaker.create();
    }
}

编译器不会给出任何警告，尽管我们知道（从擦除中）在 create() 内部的 newArrayList<>() 中的 被移除了——在运行时，类内部没有任何，因此这看起来毫无意义。但是如果你遵从这种思路，并将这个表达式改为 new ArrayList()，编译器就会发出警告。

本例中这么做真的毫无意义吗？如果在创建 List 的同时向其中放入一些对象呢，像这样：

public class FilledListextends ArrayList{public FilledList(T t, int size) {for (int i = 0; i< size; i++) {this.add(t);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {Listlist = new FilledList<>("Hello", 4);
        System.out.println(list);
    }
}

即使编译器无法得知 add() 中的 T 的任何信息，但它仍可以在编译期确保你放入FilledList 中的对象是 T 类型。因此，即使擦除移除了方法或类中的实际类型的信息，编译器仍可以确保方法或类中使用的类型的内部一致性。

因为擦除移除了方法体中的类型信息，所以在运行时的问题就是边界：即对象进入和离开方法的地点。这些正是编译器在编译期执行类型检查并插入转型代码的地点。

因为擦除，我们将失去执行泛型代码中某些操作的能力。无法在运行时知道确切类型：

public class Erased{private final int SIZE = 100;

    public void f(Object arg) {// error: illegal generic type for instanceof
        if (arg instanceof T) {}
        // error: unexpected type
        T var = new T();
        // error: generic array creation
        T[] array = new T[SIZE];
        // warning: [unchecked] unchecked cast
        T[] array = (T[]) new Object[SIZE];
    }
}

有时，我们可以对这些问题进行编程，但是有时必须通过引入类型标签来补偿擦除。这意味着为所需的类型显式传递一个 Class 对象，以在类型表达式中使用它。

public class ClassTypeCapture{Classkind;

    public ClassTypeCapture(Classkind) {this.kind = kind;
    }

    public boolean f(Object arg) {return kind.isInstance(arg);
    }

    public static void main(String[] args) {ClassTypeCapturectt1 = new ClassTypeCapture<>(Building.class);
        System.out.println(ctt1.f(new Building()));
        System.out.println(ctt1.f(new House()));
        ClassTypeCapturectt2 = new ClassTypeCapture<>(House.class);
        System.out.println(ctt2.f(new Building()));
        System.out.println(ctt2.f(new House()));
    }
}

编译器来保证类型标签与泛型参数相匹配。

试图在类中 new T() 是行不通的，部分原因是由于擦除，部分原因是编译器无法验证 T 是否具有默认（无参）构造函数。 Java 中的解决方案是传入一个工厂对象，并使用该对象创建新实例。方便的工厂对象只是 Class 对象，因此，如果使用类型标记，则可以使用 newInstance() 创建该类型的新对象：

public class ClassAsFactoryimplements Supplier{Classkind;

    ClassAsFactory(Classkind) {this.kind = kind;
    }

    @Override
    public T get() {try {return kind.newInstance();
        } catch (InstantiationException |
                IllegalAccessException e) {throw new RuntimeException(e);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {ClassAsFactoryfii = new ClassAsFactory<>(Building.class);
        System.out.println(fii.get());

//        ClassAsFactoryfi = new ClassAsFactory<>(Integer.class);
//        System.out.println(fi.get());
    }
}

对于 ClassAsFactory会失败，这是因为 Integer 没有无参构造函数。由于错误不是在编译时捕获的，因此语言创建者不赞成这种方法。他们建议使用显式工厂（Supplier）并约束类型，以便只有实现该工厂的类可以这样创建对象。这是创建工厂的两种不同方法：

public class IntegerFactory implements Supplier{private int i = 0;

    @Override
    public Integer get() {return ++i;
    }
}

public class Widget {private int id;

    Widget(int n) {id = n;
    }

    @Override
    public String toString() {return "Widget " + id;
    }

    public static class Factory implements Supplier{private int i = 0;

        @Override
        public Widget get() {return new Widget(++i);
        }
    }
}

public class Fudge {private static int count = 1;
    private int n = count++;

    @Override
    public String toString() {return "Fudge " + n;
    }
}

public class Foo2{private Listx = new ArrayList<>();

    Foo2(Supplierfactory) {Suppliers.fill(x, factory, 5);
    }

    @Override
    public String toString() {return x.toString();
    }
}

public class Suppliers {// Create a collection and fill it:
    public static>C
    create(Supplierfactory, Suppliergen, int n) {return Stream.generate(gen)
                .limit(n)
                .collect(factory, C::add, C::addAll);
    }

    // Fill an existing collection:
    public static>C fill(C coll, Suppliergen, int n) {Stream.generate(gen)
                .limit(n)
                .forEach(coll::add);
        return coll;
    }

    // Use an unbound method reference to
    // produce a more general method:

    public staticH fill(H holder, BiConsumeradder, Suppliergen, int n) {Stream.generate(gen)
                .limit(n)
                .forEach(a ->adder.accept(holder, a));
        return holder;
    }

}

public class FactoryConstraint {public static void main(String[] args) {System.out.println(new Foo2<>(new IntegerFactory()));
        System.out.println(new Foo2<>(new Widget.Factory()));
        System.out.println(new Foo2<>(Fudge::new));
    }
}

IntegerFactory 本身就是通过实现 Supplier的工厂。Widget 包含一个内部类，它是一个工厂。还要注意，Fudge 并没有做任何类似于工厂的操作，并且传递 Fudge::new 仍然会产生工厂行为，因为编译器将对函数方法 Fudge::new 的调用转换为对 get() 的调用。

另一种方法是模板方法设计模式。在以下示例中，create() 是模板方法，在子类中被重写以生成该类型的对象：

public abstract class GenericWithCreate{final T element;

    GenericWithCreate() {element = create();
    }

    abstract T create();
}

public class X {}

public class XCreator extends GenericWithCreate{@Override
    X create() {return new X();
    }

    void f() {System.out.println(element.getClass().getSimpleName());
    }
}

public class CreatorGeneric {public static void main(String[] args) {XCreator xc = new XCreator();
        xc.f();
    }
}

GenericWithCreate 包含 element 字段，并通过无参构造函数强制其初始化，该构造函数又调用抽象的 create() 方法。这种创建方式可以在子类中定义，同时建立 T 的类型。

public class Coord {public int x, y, z;

    public Coord(int x, int y, int z) {this.x = x;
        this.y = y;
        this.z = z;
    }
}

public class Bounded extends Coord{public Bounded(int x, int y, int z) {super(x, y, z);
    }
}

public class Solid{T item;

    public Solid(T t) {item = t;
    }

    int getX() {return item.x;
    }

    int getY() {return item.y;
    }

    int getZ() {return item.z;
    }

    public static void main(String[] args) {Solidsolid = new Solid<>(new Bounded(1, 2, 3));
        System.out.println(solid.getX());
    }
}

public class GenericsAndCovariance {public static void main(String[] args) {Listflist = new ArrayList<>();
//        flist.add(new Apple());
//        flist.add(new Fruit());
//        flist.add(new Object());
        flist.add(null);
        Fruit f = flist.get(0);
    }
}

public class SuperTypeWildcards {static void writeTo(Listapples) {apples.add(new Apple());
        apples.add(new Orange());
    }
}

public class UnboundedWildcards1 {static List list1;
    static Listlist2;
    static void assign1(List list) {list1 = list;
        list2 = list;
    }

    public static void main(String[] args) {assign1(new ArrayList());
    }
}