泛型是Java 5引入的机制, 允许编写不关心具体类型的类或方法. 泛型最著名的应用是Collection框架.

List<String> list = new ArrayList<>();

泛型类List在定义时并不关心元素类型, 只有在实例化时才获得具体的元素类型.

泛型类

声明泛型需要使用<>声明类型参数, 如<T>, <T1, T2>. 下面的示例中声明了一个Holder类, 它的item域可以存储任意类型的引用.

class Holder<T> {

    T item;

    public void set(T t) {
        item = t;
    }

    public T get() {
        return item;
    }

    public static void main(String[] args) {
        Holder<String> holder = new Holder<>();
        holder.set("Hello World");
        System.out.println(holder.get());
    }
}

在Java 7之前必须在创建实例时指定类型参数:

Holder<String> holder = new Holder<String>();

Java 7提供了类型推断功能, 可以根据声明推断实例的类型参数:

Holder<String> holder = new Holder<>();  // 不必在new对象时再写一次类型参数了

或者在return时推断类型:

public static Holder<String> getInstance() {
    return new Holder<>();
}

示例中的Holder类没有对类型参数T做任何限制, T可以实例化为任意类型. Java允许我们限制对其进行限制.

• <T extends MyClass>: T必须为MyClass或其子类

• <T super MyClass>: T必须为MyClass或其父类

比较常用的是extends限定, 因为子类必然定义了父类的方法(和域), 因此我们可以安全地访问父类声明的方法(和域).

下面的示例中访问item.length()是安全的, 因为T的基类String定义了该方法.

class Holder<T extends String> {

    T item;

    public void set(T t) {
        item = t;
    }

    public T get() {
        return item;
    }

    public int length() {
        return item.length();
    }

    public static void main(String[] args) {
        Holder<String> holder = new Holder<>();
        holder.set("Hello World");
        System.out.println(holder.length());
    }

}

泛型方法

Java也允许只为方法而非整个类声明类型参数:

public class Main {

    public static <T> void log(T t) {
        System.out.println(t);
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        log(1);
    }
}

类型通配符

在上文示例中, 我们总是在实例化泛型类时指定具体的类代替类型参数, 比如Holder<String>使用String代替类型参数T.

类型通配符允许在实例化泛型类时不指定具体类:

Holder<?> holder = new Holder<>();

上述示例初始化了一个没有类型限制的Holder实例. 无任何限制的类型通配符可以被省略:

Holder holder = new Holder();

除非因为绝对必要的原因, 否则不建议使用无限制的类型通配符. 类型通配符同样可以使用extends和super进行范围限定.

Holder<? extends String> holder = new Holder<>();

上述示例中, holder的set方法不能正常编译. 类型通配符通常用于声明方法的参数类型:

class Holder<T> {

    T item;

    public void set(T t) {
        item = t;
    }

    public T get() {
        return item;
    }

    public static void print(Holder<? extends String> holder) {
        System.out.println(holder.get());
    }

    public static void main(String[] args) {
        Holder<String> holder = new Holder<>();
        holder.set("Hello World");
        print(holder);
    }

}

类型擦除

java的泛型采用运行时类型擦除的方式实现泛型, 也就是说类型参数仅存在于编译期, 运行时虚拟机并不知道泛型参数的存在.

public static void main(String[] args) {
    List<String> strings = new ArrayList<>();
    List<Long> longs = new ArrayList<>();
    System.out.println(strings.getClass() == longs.getClass());
}

上文示例输出true, 说明了运行期无法访问类型参数. 泛型是通过编译时添加了类型检查和自动转型的字节码来实现的.

数组也受到了类型擦除影响:

public class Main {

    public static <T> void print(T[] arr) {
        for (T t : arr) {
            System.out.println(t);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        String[] strings = {"a", "b", "c", "d"};
        print(strings);
    }
}

上面的代码是可以正常运行的, 但是Java禁止直接创建泛型数组:

    public static <T> void test() {
        T[] arr = new T[5];
    }

禁止创建泛型数组的原因可以在Java Language Specification中窥见端倪:

在10.6 数组初始化中提到

[It is a compile-time error if the component type of the array being initialized is not reifiable(4.7)

看一下reifiable(物化)的定义:

A type is reifiable if and only if one of the following holds:
It refers to a non-generic class or interface type declaration.
It is a parameterized type in which all type arguments are unbounded wildcards (§4.5.1).
It is a raw type (§4.8).
It is a primitive type (§4.2).
It is an array type (§10.1) whose element type is reifiable.

因为类型擦除的原因, java.util.ArrayList采用了Object[]来存储元素.