Java中的泛型

一. 泛型简介
泛型，即“参数化类型”。
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。

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。

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。

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。

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：

1.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；2.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；3.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；4.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；5.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。

二. 泛型集合

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：
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而Collection的子类List中也增加了对泛型的支持，如下图所示：

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。

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：
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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：
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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。

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。
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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。

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。

语法

在定义接口时使用泛型的基本语法格式如下：
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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。

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：
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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：
在这里插入图片描述
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。

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。

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：
在这里插入图片描述
泛型类的要求和泛型接口完全一样，这里就不再赘述了。

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：
在这里插入图片描述
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：
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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。

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。

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。
在这里插入图片描述
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。

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：
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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：
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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：
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这样，子类通过继承父类，也自动获得了父类中的泛型。

6、泛型方法

在java中,泛型类的定义非常简单，但是泛型方法就比较复杂了。尤其是我们见到的大多数泛型类中的成员方法也都使用了泛型，有的甚至泛型类中也包含着泛型方法，这样在初学者中非常容易将泛型方法理解错了。

泛型类：是在实例化类的时候指明泛型的具体类型；
泛型方法：是在调用方法的时候指明泛型的具体类型。

/*** 泛型方法的基本介绍* @param tClass 传入的泛型实参* @return T 返回值为T类型* 说明：*     1）public 与 返回值中间<T>非常重要，可以理解为声明此方法为泛型方法。*     2）只有声明了<T>的方法才是泛型方法，泛型类中的使用了泛型的成员方法并不是泛型方法。*     3）<T>表明该方法将使用泛型类型T，此时才可以在方法中使用泛型类型T。*     4）与泛型类的定义一样，此处T可以随便写为任意标识，常见的如T、E、K、V等形式的参数常用于表示泛型。*/
public <T> T genericMethod(Class<T> tClass)throws InstantiationException ,IllegalAccessException{T instance = tClass.newInstance();return instance;
}

调用，返回

Object obj = genericMethod(Class.forName("com.test.test"));

静态方法有一种情况需要注意一下，那就是在类中的静态方法使用泛型：静态方法无法访问类上定义的泛型；如果静态方法操作的引用数据类型不确定的时候，必须要将泛型定义在方法上。

即：如果静态方法要使用泛型的话，必须将静态方法也定义成泛型方法。

Java 泛型擦除

Java 泛型的参数只可以代表类，不能代表个别对象。
由于 Java 泛型的类型参数之实际类型在编译时会被消除，所以无法在运行时得知其类型参数的类型。Java 编译器在编译泛型时会自动加入类型转换的编码，故运行速度不会因为使用泛型而加快。

泛型是Java SE 1.5的新特性，泛型的本质是参数化类型，也就是说所操作的数据类型被指定为一个参数。这种参数类型可以用在类、接口和方法的创建中，分别称为泛型类、泛型接口、泛型方法。 Java语言引入泛型的好处是安全简单。

泛型的好处是在编译的时候检查类型安全，并且所有的强制转换都是自动和隐式的，以提高代码的重用率。

Java中泛型其实是伪泛型；
例如：在编译阶段，泛型类Box会被实例化为Box和Box。编译器会根据需要插入类型转换代码来保证类型安全。
然而，在运行时，所有的泛型类型参数T都会被擦除，stringBox和integerBox实际上是相同的类型Box。因此，存放在盒子中的数据在运行时都被当作Object类型处理。
最后会多做一步强转，通过类型转换为泛型类型，这样可以确保获取到正确的数据类型。

JVM并不知道泛型的存在，因为泛型在编译阶段就已经被处理成普通的类和方法；
处理机制是通过类型擦除，擦除规则：

1.若泛型类型没有指定具体类型，用Object作为原始类型；
2.若有限定类型< T exnteds XClass >，使用XClass作为原始类型；
3.若有多个限定< T exnteds XClass1 & XClass2 >，使用第一个边界类型XClass1作为原始类型；

示例：

在Springboot中，调用RESTful api时常用的方法主要有两种：

通过自带的RestTemplate 或者自己写http客户端访问工具来实现服务调用

基本上RestTemplate已经可以满足需要了

RestTemplate其实是对http请求中一些模块化代码的封装，比如建立连接、构造请求头请求体、解析响应信息、关闭连接等，是Springboot对HttpClient的封装，简化了http请求过程，减少冗余代码。

主要方法：
RestTemplate封装了常用http请求，比如GET、POST、PUT、DELETE等，可以方便的调用，主要请求方法如下：

public <T> T getForObject(String url, Class<T> responseType, Object... uriVariables) throws RestClientExceptionpublic <T> ResponseEntity<T> getForEntity(String url, Class<T> responseType, Object... uriVariables) throws RestClientExceptionpublic <T> T postForObject(String url, @Nullable Object request, Class<T> responseType, Object... uriVariables) throws RestClientExceptionpublic <T> ResponseEntity<T> postForEntity(String url, @Nullable Object request, Class<T> responseType, Object... uriVariables) throws RestClientExceptionpublic void put(String url, @Nullable Object request, Object... uriVariables) throws RestClientExceptionpublic void delete(String url, Object... uriVariables) throws RestClientExceptionpublic <T> ResponseEntity<T> exchange(String url, HttpMethod method, @Nullable HttpEntity<?> requestEntity, Class<T> responseType, Object... uriVariables) throws RestClientExceptionpublic <T> T execute(String url, HttpMethod method, @Nullable RequestCallback requestCallback, @Nullable ResponseExtractor<T> responseExtractor, Object... uriVariables) throws RestClientException

这些方法使用起来是比较简单的，其中xxForObject返回的是接口返回值，xxForEntity返回的除了接口返回值还包括http返回信息。

对于exchange和execute使用起来就比较灵活了，里面有个参数 HttpMethod，可以使用各种请求方式进行请求，比如用HttpMethod.GET方法进行GET请求。

HttpMethod是一个枚举：
在这里插入图片描述

RestTemplate exchange方法使用：
1、先新建一个springboot工程，端口取默认 8080，然后新建一个Controller，如下：

@RestController
public class RemoteRestController {@GetMapping("rest")public String usedForRemoteRest(){return "Hi there, from remote";}
}

如果调用成功，会返回一个字符串

2、再新建一个springboot工程，端口取8081，工程名比如取ex，方便辨认

server.port=8081

3、在新建的ex工程中，新建一个Controller，准备调用RestTemplate方法，去访问第一个工程中的接口：

@RestController
public class RestTestController {private static final String REMOTE_URL = "http://localhost:8080/";@GetMapping("rtest")public String restGetValue(HttpServletRequest req){RestTemplate restTemplate = new RestTemplate();String ret = restTemplate.getForObject(REMOTE_URL + "rest", String.class);System.out.println("====================ret: " + ret);ResponseEntity<String> retEntity = restTemplate.getForEntity(REMOTE_URL + "ret", String.class);return "";}
}

分别运行两个spring工程，在浏览器中输入http://localhost:8081/rtest ，可以看到返回：
在这里插入图片描述
在ex工程中下断点，可以看到getForObject和getForEntity返回值的区别：

可以看到getForEntity返回信息会包括http的信息。

上面是简单的使用
在源码中我们可以看到,xxForObject, xxForEntity都是有返回值，而对于put, delete访问需要得到返回值，使用：

public void put(String url, @Nullable Object request, Object... uriVariables) throws RestClientExceptionpublic void delete(String url, Object... uriVariables) throws RestClientException

这两个方法就无能为力了

这时我们可以使用exchange方法来使用，具体如下：

在测试springboot工程中，写一个put方法的controller：

@PutMapping("restput")public String putMethod(){return "PUT method invoke";}

可以封装一个exchange方法：

private <T, A> T exchange1(String url, HttpMethod method, Class<T> responseBodyType, A requestBody) {RestTemplate template = new RestTemplate();// 请求头HttpHeaders headers = new HttpHeaders();MimeType mimeType = MimeTypeUtils.parseMimeType("application/json");MediaType mediaType = new MediaType(mimeType.getType(), mimeType.getSubtype(), Charset.forName("UTF-8"));// 请求体headers.setContentType(mediaType);// 发送请求HttpEntity<A> entity = new HttpEntity<>(requestBody, headers);ResponseEntity<T> resultEntity = template.exchange(url, method, entity, responseBodyType);return resultEntity.getBody();}

responseBody: 代表返回值类型

requestBody: 代表请求体中的body参数

在ex工程中写一个测试请求接口：

@GetMapping("rput")public String restPUTValue(HttpServletRequest req){String ret = exchange(REMOTE_URL + "restput", HttpMethod.PUT, String.class, null);return "RETURN: " + ret;}

在浏览器中输入：

http://localhost:8081/rput

会发现返回结果显示出来了：
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exchange方法返回值中有泛型类型情况：
前面介绍的exchange方法是处理RestTemplate自带的put, delete方法中没有返回值的情况，但是包括get, post等方法，如果返回值中有泛型值，RestTemplate自带的getForEntity, getForObject等其实也是处理不了的，这时也可以使用exchange来代替，具体如下：

可以对上面封装的exchange方法进行改造，传入一个ParameterTypeReference对象：

public static <T, A> T exchange2(String url, HttpMethod method, ParameterizedTypeReference<T> responseBodyType, A requestBody) {RestTemplate restTemplate = new RestTemplate();// 请求头HttpHeaders headers = new HttpHeaders();MimeType mimeType = MimeTypeUtils.parseMimeType("application/json");MediaType mediaType = new MediaType(mimeType.getType(), mimeType.getSubtype(), Charset.forName("UTF-8"));// 请求体headers.setContentType(mediaType);// 发送请求HttpEntity<A> entity = new HttpEntity<>(requestBody, headers);ResponseEntity<T> resultEntity = restTemplate.exchange(url, method, entity, responseBodyType);return resultEntity.getBody();}

测试代码：

两个springboot工程分别，服务提供方、服务消费方:

场景1：泛型返回字符串

服务提供方代码：
@PostMapping("/rpctop")public String rpctop(@RequestBody UserVO userVO){return "张贵";}服务消费方代码：
public String getUserName() throws JsonProcessingException {HttpHeaders headers = new HttpHeaders();headers.add("x-auth-token","123");headers.setContentType(MediaType.APPLICATION_JSON);ObjectMapper objectMapper = new ObjectMapper();Map<String, Object> map = new HashMap<>();map.put("name", "1111");map.put("age", "19");HttpEntity requestEntity = new HttpEntity(map, headers);//调用方式1Integer response = restTemplate.exchange("http://127.0.0.1:8080/ccbServer/tx/rpctop", HttpMethod.POST, String.class, map);//调用方式2//ParameterizedTypeReference<String> responseBodyType = new ParameterizedTypeReference<String>() {};//Person response = restTemplate.exchange("http://127.0.0.1:8080/ccbServer/tx/rpctop", HttpMethod.POST, responseBodyType, map);return response;}

场景2：泛型返回Integer数据

服务提供方代码：
@PostMapping("/rpctop")public Integer rpctop(@RequestBody UserVO userVO){return 666;}服务消费方代码：
public Integer getUserName() throws JsonProcessingException {HttpHeaders headers = new HttpHeaders();headers.add("x-auth-token","123");headers.setContentType(MediaType.APPLICATION_JSON);ObjectMapper objectMapper = new ObjectMapper();Map<String, Object> map = new HashMap<>();map.put("name", "1111");map.put("age", "19");HttpEntity requestEntity = new HttpEntity(map, headers);//调用方式1Integer response = restTemplate.exchange("http://127.0.0.1:8080/ccbServer/tx/rpctop", HttpMethod.POST, Integer.class, map);       //调用方式2//ParameterizedTypeReference<Integer> responseBodyType = new ParameterizedTypeReference<Integer>() {};//Person response = restTemplate.exchange("http://127.0.0.1:8080/ccbServer/tx/rpctop", HttpMethod.POST, responseBodyType, map);return response;}

场景3：泛型返回Person实体

服务提供方代码：
@PostMapping("/rpctop")public Person rpctop(@RequestBody UserVO userVO){Person person = new Person();person.setName("zjg");person.setAge(10);return person;}服务消费方代码：
public Integer getUserName() throws JsonProcessingException {HttpHeaders headers = new HttpHeaders();headers.add("x-auth-token","123");headers.setContentType(MediaType.APPLICATION_JSON);ObjectMapper objectMapper = new ObjectMapper();Map<String, Object> map = new HashMap<>();map.put("name", "1111");map.put("age", "19");HttpEntity requestEntity = new HttpEntity(map, headers);//调用方式1Person response = restTemplate.exchange("http://127.0.0.1:8080/ccbServer/tx/rpctop", HttpMethod.POST, Person.class, map);//调用方式2//ParameterizedTypeReference<Person> responseBodyType = new ParameterizedTypeReference<Person>() {};//Person response = restTemplate.exchange("http://127.0.0.1:8080/ccbServer/tx/rpctop", HttpMethod.POST, responseBodyType, map);return response.getName();}