你對Java泛型的理解夠深刻嗎？

時間  2020-01-10
標籤 java 理解 深刻 欄目 Java 简体版
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泛型

泛型提供了一種將集合類型傳達給編譯器的方法，一旦編譯器知道了集合元素的類型，編譯器就能夠對其類型進行檢查，作類型約束。java

在沒有泛型以前：spring

/**
 * 迭代 Collection ,注意 Collection 裏面只能是 String 類型
 */
public static void forEachStringCollection(Collection collection) {
    Iterator iterator = collection.iterator();
    while (iterator.hasNext()) {
        String next = (String) iterator.next();
        System.out.println("next string : " + next);
    }
}

這是使用泛型以後的程序：編程

public static void forEachCollection(Collection<String> collection) {
  Iterator<String> iterator = collection.iterator();
  while (iterator.hasNext()) {
    String next = iterator.next();
    System.out.println("next string : " + next);
  }
}

在沒有泛型以前，咱們只能經過更直觀的方法命名和 doc 註釋來告知方法的調用者，forEachStringCollection方法只能接收元素類型爲String的集合。然而這只是一種「約定」，若是使用方傳入了一個元素不爲String類型的集合，在編譯期間代碼並不會報錯，只有在運行時，會拋出ClassCastException異常，這對調用方來講並不友好。json

經過泛型，能夠將方法的 doc 註釋轉移到了方法簽名上：forEachCollection(Collection<String> collection)，方法調用者一看方法簽名便知道此處須要一個Collection<String>，編譯器也能夠在編譯時檢查是否違反類型約束。須要說明的是，編譯器的檢查也是很是容易繞過的，如何繞過呢？請看下文哦~安全

畫外音：代碼就是最好的註釋。微信

泛型和類型轉化

思考，如下代碼是否合法：app

List<String> strList = new ArrayList<>();
List<Object> objList = new ArrayList<>();
objList.add("公衆號:Coder小黑"); // 代碼1
objList = strList; // 代碼2

廢話很少說，直接上答案。框架

image.png

代碼1很明顯是合法的。Object類型是String類型的父類。spa

那麼代碼2爲何不合法呢？debug

在 Java 中，對象類型的賦值實際上是引用地址的賦值，也就是說，假設代碼2賦值成功，objList和strList變量引用的是同一個地址。那會有什麼問題呢？

若是此時，往objList中添加了一個非String類型的元素，也就至關於往strList中添加了一個非String類型的元素。很明顯，此處就破壞了List<String> strList。因此，Java 編譯器會認爲代碼2是非法的，這是一種安全的作法。

畫外音：可能和大多數人的直覺不太同樣，那是咱們考慮問題還不夠全面，此處的緣由比結果更重要哦

泛型通配符

咱們已經知道，上文的代碼2是不合法的。那麼，接下來思考這樣兩個方法：

public static void printCollection1(Collection c) {}

public static void printCollection2(Collection<Object> c) {}

這兩個方法有什麼區別呢？

printCollection1方法支持任意元素類型的Collection，而printCollection2方法只能接收Object類型的Collection。雖然String是Object的子類，可是Collection<String>並非Collection<Object>的子類，和代碼2有殊途同歸之妙。

再看一下下面這個方法：

public static void printCollection3(Collection<?> c) {}

printCollection3和上面的兩個方法又有什麼區別呢？怎麼理解printCollection3方法上的?呢？

?表示任意類型，代表printCollection3方法接收任意類型的集合。

好，那麼問題又來了，請看以下代碼：

List<?> c = Lists.newArrayList(new Object());
Object o = c.get(0);
c.add("12"); // 編譯錯誤

爲何會編譯報錯呢？

咱們能夠將任意類型的集合賦值給List<?> c變量。可是，add方法的參數類型是？，它表示未知類型，因此調用add方法時會編程錯誤，這是一種安全的作法。

而get方法返回集合中的元素，雖然集合中的元素類型未知，可是不管是什麼類型，其均爲Object類型，因此使用Object類型來接收是安全的。

有界通配符

public static class Person extends Object {}

public static class Teacher extends Person {}

// 只知道這個泛型的類型是Person的子類，具體是哪個不知道
public static void method1(List<? extends Person> c) {}

// 只知道這個泛型的類型是Teacher的父類，具體是哪個不知道
public static void method2(List<? super Teacher> c) {}

思考以下代碼運行結果：

public static void test3() {
  List<Teacher> teachers = Lists.newArrayList(new Teacher(), new Teacher());
  // method1 處理的是 Person 的 子類,Teacher 是 Person 的子類
  method1(teachers);
}


// 只知道這個泛型的類型是Person的子類，具體是哪個不知道
public static void method1(List<? extends Person> c) {
  // Person 的子類,轉Person, 安全
  Person person = c.get(0);
  c.add(new Person()); //代碼3，編譯錯誤
}

代碼3爲何會編譯錯誤呢？

method1只知道這個泛型的類型是Person的子類，具體是哪個不知道。若是代碼3編譯成功，那麼上述的代碼中，就是往List<Teacher> teachers中添加了一個Person元素。此時，後續在操做List<Teacher> teachers時，大機率會拋出ClassCastException異常。

再來看以下代碼：

public static void test4() {
  List<Person> teachers = Lists.newArrayList(new Teacher(), new Person());
  // method1 處理的是 Person 的 子類,Teacher 是 Person 的子類
  method2(teachers);
}

// 只知道這個泛型的類型是Teacher的父類，具體是哪個不知道
public static void method2(List<? super Teacher> c) {
  // 具體是哪個不知道, 只能用Object接收
  Object object = c.get(0); // 代碼4
  c.add(new Teacher()); // 代碼5，不報錯
}

method2泛型類型是Teacher的父類，而Teacher的父類有不少，因此代碼4只能使用Object來接收。子類繼承父類，因此往集合中添加一個Teacher對象是安全的操做。

最佳實踐：PECS 原則

PECS:producer extends, consumer super。

  • 生產者，生產數據的， 使用<? extends T>
  • 消費者，消費數據的，使用<? super T>

怎麼理解呢？咱們直接上代碼：

/**
 * producer - extends, consumer－ super
 */
public static void addAll(Collection<? extends Object> producer,
                          Collection<? super Object> consumer) {
    consumer.addAll(producer);
}

有同窗可能會說，這個原則記不住怎麼辦？

不要緊，筆者有時候也記不清。不過幸運的是，在 JDK 中有這個一個方法：java.util.Collections#copy，該方法很好的闡述了 PECS 原則。每次想用又記不清的時候，看一眼該方法就明白了~

// java.util.Collections#copy
public static <T> void copy(List<? super T> dest, List<? extends T> src){}

畫外音：知識不少、很雜，咱們應該在大腦中創建索引，遇到問題，經過索引來快速查找解決方法

更安全的泛型檢查

上述的一些檢查都是編譯時的檢查，而想要騙過編譯器的檢查也很簡單：

public static void test5() {
  List<Integer> list = new ArrayList<>(Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5));
  List copy = list;
  copy.add("a");
  List<Integer> list2 = copy;
}

test5方法就騙過了編譯器，並且能成功運行。

那何時會報錯呢？當程序去讀取list2中的元素時，纔會拋出ClassCastException異常。

Java 給咱們提供了java.util.Collections#checkedList方法，在調用add時就會檢查類型是否匹配。

public static void test6() {
  List<Integer> list = Collections.checkedList(Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5), Integer.class);
  List copy = list;
  // Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: Attempt to insert class java.lang.String element into collection with element type class java.lang.Integer
  copy.add("a");
}

畫外音：這是一種 fail-fast 的思想，在 add 時發現類型不一致馬上報錯，而不是繼續運行可能存在問題的程序

類型擦除(Type Erasure)

咱們知道，編譯器會將泛型擦除，那怎麼理解泛型擦除呢？是統一改爲Object嗎？

泛型擦除遵循如下規則：

  • 若是泛型參數無界，則編譯器會將其替換爲Object。
  • 若是泛型參數有界，則編譯器會將其替換爲邊界類型。
public class TypeErasureDemo {
    public <T> void forEach(Collection<T> collection) {}

    public <E extends String> void iter(Collection<E> collection) {}
}

使用javap命令查看 Class 文件信息：

class文件信息1

class文件信息2

經過 Class 文件信息能夠看到：編譯器將forEach方法的泛型替換爲了Object，將iter方法的泛型替換爲了String。

泛型和方法重載(overload)

瞭解完泛型擦除規則以後，咱們來看一下當泛型遇到方法重載，會遇到什麼樣的問題呢？

閱讀以下代碼：

// 第一組
public static void printArray(Object[] objs) {}

public static <T> void printArray(T[] objs) {}
// 第二組
public static void printArray(Object[] objs) {}

public static <T extends Person> void printArray(T[] objs) {}

上面兩組方法是否都構成了重載呢？

  • 第一組：泛型會被擦除，也就是說，在運行時期，T[]其實就是Object[]，所以第一組不構成重載。
  • 第二組：<T extends Person>代表接收的方法是Person的子類，構成重載。

使用 ResolvableType 解析泛型

Spring 框架中提供了org.springframework.core.ResolvableType來優雅解析泛型。

一個簡單的使用示例以下：

public class ResolveTypeDemo {

    private static final List<String> strList = Lists.newArrayList("a");

    public <T extends CharSequence> void exchange(T obj) {}

    public static void resolveFieldType() throws Exception {
        Field field = ReflectionUtils.findField(ResolveTypeDemo.class, "strList");
        ResolvableType resolvableType = ResolvableType.forField(field);
        // class java.lang.String
        System.out.println(resolvableType.getGeneric(0).resolve());
    }

    public static void resolveMethodParameterType() throws Exception {
        Parameter[] parameters = ReflectionUtils.findMethod(ResolveTypeDemo.class, "exchange", CharSequence.class).getParameters();
        ResolvableType resolvableType = ResolvableType.forMethodParameter(MethodParameter.forParameter(parameters[0]));
        // interface java.lang.CharSequence
        System.out.println(resolvableType.resolve());
    }

    public static void resolveInstanceType() throws Exception {
        PayloadApplicationEvent<String> instance = new PayloadApplicationEvent<>(new Object(), "hi");
        ResolvableType resolvableTypeForInstance = ResolvableType.forInstance(instance);
        // class java.lang.String
        System.out.println(resolvableTypeForInstance.as(PayloadApplicationEvent.class).getGeneric().resolve());
    }
}

泛型和 JSON 反序列化

最近看到這樣一個代碼，使用 Jackson 將 JSON 轉化爲 Map。

public class JsonToMapDemo {

    private static final ObjectMapper OBJECT_MAPPER = new ObjectMapper();

    public static <K, V> Map<K, V> toMap(String json) throws JsonProcessingException {
        return (Map) OBJECT_MAPPER.readValue(json, new TypeReference<Map<K, V>>() {
        });
    }

    public static void main(String[] args) throws JsonProcessingException {
        // {"1":{"id":1}}
        String json = "{\"1\":{\"id\":1}}";
        Map<Integer, User> userIdMap = OBJECT_MAPPER.readValue(json, new TypeReference<Map<Integer, User>>() {
        });
        userIdMap.forEach((integer, user) -> {
            System.out.println(user.getId());
        });

    }

    @Data
    public static class User implements Serializable {
        private static final long serialVersionUID = 8817514749356118922L;
        private int id;
    }
}

運行 main 方法，代碼雖然正常結束。可是這個代碼實際上是有問題的，有什麼問題呢？一塊兒來看以下代碼：

public static void main(String[] args) {
  // {"1":{"id":1}}
  String json = "{\"1\":{\"id\":1}}";
  Map<Integer, User> userIdMap = toMap(json);
  userIdMap.forEach((integer, user) -> {
    // 出處代碼會報錯
    // Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: java.lang.String cannot be cast to java.lang.Integer
    System.out.println(user.getId());
  });
}

爲何會報ClassCastException呢？讓咱們來 Debug 一探究竟。

debug

經過 Debug 能夠發現：Map<Integer, User> userIdMap對象的 key 實際上是String類型，而 value 是一個LinkedHashMap。這很好理解，上述代碼這個寫法，根本不知道 K,V 是什麼。正確寫法以下：

public static void main(String[] args) throws JsonProcessingException {
  // {"1":{"id":1}}
  String json = "{\"1\":{\"id\":1}}";
  Map<Integer, User> userIdMap = OBJECT_MAPPER.readValue(json, new TypeReference<Map<Integer, User>>() {
  });
  userIdMap.forEach((integer, user) -> {
    System.out.println(user.getId());
  });
}

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