面試阿里，首先要掌握的 Java 泛型，幫你一次性搞懂！

引言

泛型是Java中一個很是重要的知識點，在Java集合類框架中泛型被普遍應用。本文咱們將從零開始來看一下Java泛型的設計，將會涉及到通配符處理，以及讓人苦惱的類型擦除。

泛型基礎

泛型類

咱們首先定義一個簡單的Box類：

這是最多見的作法，這樣作的一個壞處是Box裏面如今只能裝入String類型的元素，從此若是咱們須要裝入Integer等其餘類型的元素，還必需要另外重寫一個Box，代碼得不到複用，使用泛型能夠很好的解決這個問題。

這樣咱們的Box類即可以獲得複用，咱們能夠將T替換成任何咱們想要的類型：

泛型方法

看完了泛型類，接下來咱們來了解一下泛型方法。聲明一個泛型方法很簡單，只要在返回類型前面加上一個相似的形式就好了：

咱們能夠像下面這樣去調用泛型方法：

或者在Java1.7/1.8利用type inference，讓Java自動推導出相應的類型參數：

邊界符

如今咱們要實現這樣一個功能，查找一個泛型數組中大於某個特定元素的個數，咱們能夠這樣實現：

可是這樣很明顯是錯誤的，由於除了short, int, double, long, float, byte, char等原始類型，其餘的類並不必定能使用操做符>，因此編譯器報錯，那怎麼解決這個問題呢？答案是使用邊界符。

作一個相似於下面這樣的聲明，這樣就等於告訴編譯器類型參數T表明的都是實現了Comparable接口的類，這樣等於告訴編譯器它們都至少實現了compareTo方法。

通配符

在瞭解通配符以前，咱們首先必需要澄清一個概念，仍是借用咱們上面定義的Box類，假設咱們添加一個這樣的方法：

那麼如今Box n容許接受什麼類型的參數？咱們是否可以傳入Box或者Box呢？答案是否認的，雖然Integer和Double是Number的子類，可是在泛型中Box或者Box與Box之間並無任何的關係。這一點很是重要，接下來咱們經過一個完整的例子來加深一下理解。

首先咱們先定義幾個簡單的類，下面咱們將用到它：

這樣就至關與告訴編譯器， fruitReader的readCovariant方法接受的參數只要是知足Fruit的子類就行(包括Fruit自身)，這樣子類和父類之間的關係也就關聯上了。

PECS原則

上面咱們看到了相似的用法，利用它咱們能夠從list裏面get元素，那麼咱們可不能夠往list裏面add元素呢？咱們來嘗試一下：

答案是否認，Java編譯器不容許咱們這樣作，爲何呢？對於這個問題咱們不妨從編譯器的角度去考慮。由於Listflist它自身能夠有多種含義：

當咱們嘗試add一個Apple的時候，flist可能指向new ArrayList

當咱們嘗試add一個Orange的時候，flist可能指向new ArrayList

當咱們嘗試add一個Fruit的時候，這個Fruit能夠是任何類型的Fruit，而flist可能只想某種特定類型的Fruit，編譯器沒法識別因此會報錯。
因此對於實現了的集合類只能將它視爲Producer向外提供(get)元素，而不能做爲Consumer來對外獲取(add)元素。

若是咱們要add元素應該怎麼作呢？可使用：

這樣咱們能夠往容器裏面添加元素了，可是使用super的壞處是之後不能get容器裏面的元素了，緣由很簡單，咱們繼續從編譯器的角度考慮這個問題，對於List list，它能夠有下面幾種含義：

當咱們嘗試經過list來get一個Apple的時候，可能會get獲得一個Fruit，這個Fruit能夠是Orange等其餘類型的Fruit。

根據上面的例子，咱們能夠總結出一條規律，」Producer Extends, Consumer Super」：

「Producer Extends」 – 若是你須要一個只讀List，用它來produce T，那麼使用? extends T。

「Consumer Super」 – 若是你須要一個只寫List，用它來consume T，那麼使用? super T。

若是須要同時讀取以及寫入，那麼咱們就不能使用通配符了。

如何閱讀過一些Java集合類的源碼，能夠發現一般咱們會將二者結合起來一塊兒用，好比像下面這樣：

類型擦除

Java泛型中最使人苦惱的地方或許就是類型擦除了，特別是對於有C++經驗的程序員。類型擦除就是說Java泛型只能用於在編譯期間的靜態類型檢查，而後編譯器生成的代碼會擦除相應的類型信息，這樣到了運行期間實際上JVM根本就知道泛型所表明的具體類型。這樣作的目的是由於Java泛型是1.5以後才被引入的，爲了保持向下的兼容性，因此只能作類型擦除來兼容之前的非泛型代碼。對於這一點，若是閱讀Java集合框架的源碼，能夠發現有些類其實並不支持泛型。
說了這麼多，那麼泛型擦除究竟是什麼意思呢？咱們先來看一下下面這個簡單的例子：

編譯器作完相應的類型檢查以後，實際上到了運行期間上面這段代碼實際上將轉換成：

這意味着無論咱們聲明Node仍是Node，到了運行期間，JVM通通視爲Node。有沒有什麼辦法能夠解決這個問題呢？這就須要咱們本身從新設置bounds了，將上面的代碼修改爲下面這樣：

這樣編譯器就會將T出現的地方替換成Comparable而再也不是默認的Object了：

上面的概念或許仍是比較好理解，但其實泛型擦除帶來的問題遠遠不止這些，接下來咱們系統地來看一下類型擦除所帶來的一些問題，有些問題在C++的泛型中可能不會碰見，可是在Java中卻須要格外當心。

問題一

在Java中不容許建立泛型數組，相似下面這樣的作法編譯器會報錯：

爲何編譯器不支持上面這樣的作法呢？繼續使用逆向思惟，咱們站在編譯器的角度來考慮這個問題。

咱們先來看一下下面這個例子：

對於上面這段代碼仍是很好理解，字符串數組不能存放整型元素，並且這樣的錯誤每每要等到代碼運行的時候才能發現，編譯器是沒法識別的。接下來咱們再來看一下假設Java支持泛型數組的建立會出現什麼後果：

假設咱們支持泛型數組的建立，因爲運行時期類型信息已經被擦除，JVM實際上根本就不知道new ArrayList()和new ArrayList()的區別。相似這樣的錯誤假如出現才實際的應用場景中，將很是難以察覺。

若是你對上面這一點還抱有懷疑的話，能夠嘗試運行下面這段代碼：

問題二

繼續複用咱們上面的Node的類，對於泛型代碼，Java編譯器實際上還會偷偷幫咱們實現一個Bridge method。

看完上面的分析以後，你可能會認爲在類型擦除後，編譯器會將Node和MyNode變成下面這樣：

實際上不是這樣的，咱們先來看一下下面這段代碼，這段代碼運行的時候會拋出ClassCastException異常，提示String沒法轉換成Integer：

若是按照咱們上面生成的代碼，運行到第3行的時候不該該報錯(注意我註釋掉了第4行)，由於MyNode中不存在setData(String data)方法，因此只能調用父類Node的setData(Object data)方法，既然這樣上面的第3行代碼不該該報錯，由於String固然能夠轉換成Object了，那ClassCastException究竟是怎麼拋出的？

實際上Java編譯器對上面代碼自動還作了一個處理：

這也就是爲何上面會報錯的緣由了，setData((Integer) data);的時候String沒法轉換成Integer。因此上面第2行編譯器提示unchecked warning的時候，咱們不能選擇忽略，否則要等到運行期間才能發現異常。若是咱們一開始加上Node n = mn就行了，這樣編譯器就能夠提早幫咱們發現錯誤。
問題三

正如咱們上面提到的，Java泛型很大程度上只能提供靜態類型檢查，而後類型的信息就會被擦除，因此像下面這樣利用類型參數建立實例的作法編譯器不會經過：

可是若是某些場景咱們想要須要利用類型參數建立實例，咱們應該怎麼作呢？能夠利用反射解決這個問題：

咱們能夠像下面這樣調用：

實際上對於上面這個問題，還能夠採用Factory和Template兩種設計模式解決，感興趣的朋友不妨去看一下Thinking in Java中第15章中關於Creating instance of types(英文版第664頁)的講解，這裏咱們就不深刻了。

問題四

咱們沒法對泛型代碼直接使用instanceof關鍵字，由於Java編譯器在生成代碼的時候會擦除全部相關泛型的類型信息，正如咱們上面驗證過的JVM在運行時期沒法識別出ArrayList和ArrayList的之間的區別：

和上面同樣，咱們可使用通配符從新設置bounds來解決這個問題：

工廠模式

接下來咱們利用泛型來簡單的實現一下工廠模式，首先咱們先聲明一個接口Factory：

接下來咱們來建立幾個實體類FuelFilter和AirFilter以及FanBelt和GeneratorBelt。

Part類的實現以下，注意咱們上面的實體類都是Part類的間接子類。在Part類咱們註冊了咱們上面的聲明的實體類。因此之後咱們若是要建立相關的實體類的話，只須要在調用Part類的相關方法了。這麼作的一個好處就是若是的業務中出現了CabinAirFilter或者PowerSteeringBelt的話，咱們不須要修改太多的代碼，只須要在Part類中將它們註冊便可。

最後咱們來測試一下：

總結：看完有什麼不懂的歡迎在下方留言評論哦！