[转载] JAVA泛型杂谈--擦除 协变 逆变 通配符等

参考链接： Java中的协变返回类型

在《JAVA核心思想》这本书里，关于泛型的章节意外的很多，小小的泛型里其实有很多可以学习的内容，我总结下最近看书的成果。

一. 泛型的好处和应用

最基础的用到泛型的地方无非是在容器里 使用泛型用以保证容器内数据的类型统一，所以我们先总结下泛型使用的好处：

可以统一集合类型容器的存储类型，防止在运行期出现类型装换异常，增加编译时类型的检查解决重复代码的编写，能够复用算法。可以起到重载的作用

第二个作用很好理解，泛型 的 ‘泛’ 即代表着 ‘泛化’，不仅仅是保证容器的安全性，更重要的是减少类型的限制，让我们编写更加通用的代码。我们举个例子： 在javaweb中，我们经常向前台返回JSON对象信息，不同的业务可以会组装不同的bean，为了节省提高代码的复用性，我们可以这么写一个类：

public class ReturnObject<A, B> {

public final A a;

public final B b;

public ReturnObject(A a, B b) {

this.a = a;

this.b = b;

}

public <A> A t(A a) {

return a;

}

@Override

public String toString() {

return "ReturnObject{" +

"a=" + a +

", b=" + b +

'}';

}

}

这个类没有具体的类型，意思也很简单，就是不限定变量的类型，根据你业务的不同，你可以传不同的类型进去（通过构造器），更方便的是，java泛型支持继承，你可以随意拓展你的业务字段，也就不再需要为了一种业务专门创建一个bean类了。

// 业务字段拓展

public class ReturnObjectExtender<A, B, C> extends ReturnObject<A, B> {

public final C c;

public ReturnObjectExtender(A a, B b, C c) {

super(a, b);

this.c = c;

}

@Override

public String toString() {

return "ReturnObjectExtender{" +

"c=" + c +

", a=" + a +

", b=" + b +

'}';

}

}

二. 重要！泛型的擦除

JAVA的泛型都是通过擦除来实现的，这句话的意思是 当你的程序真正跑起来的时候，任何具体的类型其实都已经被擦除了，所以在下面的例子中，输出的结果是true，aClass和aClass1都是一样的class生成的对象。

Class aClass = new ArrayList<Integer>().getClass();

Class aClass1 = new ArrayList<String>().getClass();

System.out.println(aClass == aClass1);

擦除的负面效应直接体现在如果你写下面这段代码，T类型并不能认出你传给它的是String类型，T直接会被Object替代，

public class WildCardTest<T> {

public void f(T t) {

//这一段编译报错

t.isEmpty();

}

public static void main(String[] args) {

WildCardTest<String> stringWildCardTest = new WildCardTest<>();

stringWildCardTest.f("");

}

}

要让String调用它的isEmpty()方法，需要给泛型一个边界，代码只需要重新改一下，T extends String表明T可以是String类或是String的子类，如果传入的没有问题，那就可以调用isEmpty()方法。

public class WildCardTest<T extends String> {

public void f(T t) {

t.isEmpty();

}

public static void main(String[] args) {

WildCardTest<String> stringWildCardTest = new WildCardTest<>();

stringWildCardTest.f("");

}

}

擦除是历史遗留问题

java的泛型不是从jdk1.0就出现的，为了跟以往没有泛型代码的源代码兼容，例如List被擦除为List，而普通的类型变量在未指定边界的时候被擦除为Object，从而实现泛型的功能并且向后兼容。

三. 泛型的通配符(逆变与协变)

这是两个赋值，一个是数组，ArrayList因为是Collection的子类，所以数组向上转型是可以的；另一个是带泛型的ArrayList，带ArrayList的泛型并不能赋值给带Collection的泛型。

Collection[] collections = new ArrayList[]{};

//泛型会报错

ArrayList<Collection> collections1 = new ArrayList<ArrayList>();

逆变，协变与不变

为什么会导致这样的差异呢？这里又引出了一个概念– 逆变，协变与不变。逆变与协变用来描述类型转换后的继承关系。

f(⋅)是逆变（contravariant）的，当A≤B时有f(B)≤f(A)成立；

f(⋅)是协变（covariant）的，当A≤B时有成立f(A)≤f(B)成立；

f(⋅)是不变（invariant）的，当A≤B时上述两个式子均不成立，即f(A)与f(B)相互之间没有继承关系。

根据上面两个赋值语句做解释，A 是ArrayList ，B是Collection，所以B > A,这个没有问题，然后 A[] 数组当作f(A)，B[] 数组当作f(B),并且A[]可以赋值给B[]数组，说明 f(B) >=f(A),符合协变原则，所以数组是协变的。 而泛型也套用这个规则，发现 泛型其实是不变的。

Java中泛型是不变的，可有时需要实现逆变与协变，怎么办呢？这时，通配符?派上了用场：

// <? extends>实现了泛型的协变，它意味着某种Collection或Collection子类的类型，规定了该容器持有类型的上限，它是具体的类型，只是这个类型是什么没有人关心 比如：

List<? extends Collection> list = new ArrayList<ArrayList>();

// <? super>实现了泛型的逆变，它意味着某种ArrayList或ArrayList父类的类型，规定了该容器持有类型的下限，比如：

List<? super ArrayList> list = new ArrayList<Collection>();

逆变，协变的应用

在协变中，还是先以数组做举例，协变中对持有对象的存入有严格限制：

Collection[] collections = new ArrayList[2];

collections[0] = new ArrayList();

//这一步编译没问题。但是运行时发现数组里已经定好了只能存ArrayList类型，所以会抛ArrayStoreException

collections[1] = new LinkedList();

所以在泛型的协变中，例如ArrayList的add方法是不能调用了，在编译期间直接报错。

这是ArrayList 的add,get方法定义，当使用协变时，E e 会被直接替换成 ? extends E

public boolean add(E e);

public E get(int index);

具体事例：

ArrayList<? extends Set> sets = new HashSet<>();

//因为 ? extends Set 编译器不知道sets引用指向什么对象，有可能是 HashSet，可能是TreeSet，这种不确定性导致sets不能使用add方法。

//sets.add(new HashSet());

//能插入null值

sets.add(null);

//因为这个泛型参数的上限是Set，为了安全性，所以只返回set类型

Set set = sets.get(0);

在逆变中，因为规定了泛型的下界，所以get set 方法的使用限制又有所不同：

ArrayList<? super List> list = new ArrayList<Collection>();

//对于 add方法，只能放List或List的子类，因为list容器泛型参数都是List的父类 不会出现问题

list.add(new ArrayList());

//不能add HashSet

//list.add(new HashSet());

//不能add Object

//list.add(new Object());

//因为这个泛型参数的下限是List 所以无法确定这是个什么类型，只能返回Object

Object object = list.get(0);

无界通配符

除了extends和super，还有一种 List<\?>这种通配符，代表着任何事物，但它与List不同的是:

List<\Object> = List = ‘持有任何Object类型的原生List’List<\?>表示–’具有某种特定类型的非原生List，只是我们不知道那种类型是什么’。

具体用代码看出区别：

ArrayList<Collection> collections2 = new ArrayList<>();

ArrayList<?> objects = new ArrayList<>();

//?代表持有某种特定类型 ，所以也可以是Collection，这种赋值时合法的

objects = collections2;

//?代表持有某种特定类型，d但是不确定具体哪种，所以只能返回Object

Object o = objects.get(0);

//?代表持有某种特定类型，但是什么类型编译器并不知道，所以为了安全起见，不会让你用add方法

//objects.add(new Object());

//可以add null

objects.add(null);

总结来说：

要从泛型类取数据时，用extends；要往泛型类写数据时，用super；既要取又要写，就不用通配符（即extends与super都不用）。

四. 总结

这篇文章总结的是书里比较重要的知识点，跳过了简单的应用，写了那么多，感觉总结还是很有必要的，你第一遍看书也许概念会有些懵懂，但是再记录总结下，你会解开第一遍看书时有点么棱两可的知识点。