关于Java泛型机制无非就这7个问题
Posted 陈京大帅比
tags:
篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了关于Java泛型机制无非就这7个问题相关的知识,希望对你有一定的参考价值。
泛型机制是我们开发中的常用技巧,也是面试常见问题
不过泛型机制这个知识点也比较繁杂又不成体系,学了容易忘
本文从几个问题出发梳理Java
泛型机制知识点,如果对你有用,欢迎点赞~
本文主要包括以下内容
1.我们为什么需要泛型?
2.什么是泛型擦除及泛型擦除带来的一些问题,如retrofit
怎么获得擦除后的类型,Gson
怎么获得擦除后的类型?
3.什么是PECS
原则
本文目录如下
1.我们为什么需要泛型?
我们为什么需要泛型,即泛型有什么用?
首先举两个例子
1.1 求和函数
实际开发中,经常有数值类型求和的需求,例如实现int
类型的加法, 有时候还需要实现long
类型的求和 如果还需要double
类型的求和,又需要重新在重载一个输入是double
类型的add
方法。
public int addInt(int x,int y){
return x+y;
}
public float addFloat(float x,float y){
return x+y;
}
复制代码
如果没有泛型,我们需要写不少重复代码
1.2 List
中添加元素
List list = new ArrayList();
list.add("mark");
list.add("OK");
list.add(100);
for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
String name = list.get(i); // 1
System.out.println("name:" + name);
}
复制代码
1.list
默认是Object
类型,因此可以存任意类型数据
2.但是当取出来时,我们并不知道取出元素的类型,就需要进行强制类型转换了,并且容易出错
1.3 泛型机制的优点
从上面的两个例子我们可以直观的得出泛型机制的优点
1.使用泛型可以编写模板代码来适应任意类型,减少重复代码
2.使用时不必对类型进行强制转换,方便且减少出错机会
2.泛型擦除
2.1 什么是泛型擦除?
大家都知道,Java
的泛型是伪泛型,这是因为Java
在编译期间,所有的泛型信息都会被擦掉,正确理解泛型概念的首要前提是理解类型擦除。
Java
的泛型基本上都是在编译器这个层次上实现的,在生成的字节码中是不包含泛型中的类型信息的,使用泛型的时候加上类型参数,在编译器编译的时候会去掉,这个过程就是泛型擦除。
举个例子:
public class Test {
public static void main(String[] args) {
ArrayList<String> list1 = new ArrayList<String>();
list1.add("abc");
ArrayList<Integer> list2 = new ArrayList<Integer>();
list2.add(123);
System.out.println(list1.getClass() == list2.getClass());
}
}
复制代码
如上list1.getClass==list2.getClass
返回true
,说明泛型类型String
和Integer
都被擦除掉了,只剩下原始类型
Java
的泛型也可以被称作是伪泛型
- 真泛型:泛型中的类型是真实存在的。
- 伪泛型:仅于编译时类型检查,在运行时擦除类型信息。
看到这里我们可以自然地引出下一个问题,为什么Java
中的泛型是伪泛型,为什么要这样实现?
2.2 为什么需要泛型擦除?
泛型擦除看起来有些反直觉,有些奇怪。为什么Java
不能像C#
一样实现真正的泛型呢?为什么Java
的泛型要用"擦除"实现
单从技术来说,Java
是完全100%
能实现我们所说的真泛型
,而之所以选择使用泛型擦除主要是从API
兼容的角度考虑的
导致Java 5
引入的泛型采用擦除式实现的根本原因是兼容性上的取舍,而不是“实现不了”的问题。
举个例子,Java
到1.4.2
都没有支持泛型,而到Java 5
突然支持泛型了,要让以前编译的程序在新版本的JRE
还能正常运行,就意味着以前没有的限制不能突然冒出来。
假如在没有泛型的Java
里,我们有程序使用了java.util.ArrayList
类,而且我们利用了它可以存异质元素的特性:
ArrayList things = new ArrayList();
things.add(Integer.valueof(42));
things.add("Hello World")
复制代码
为了这段代码在Java 5
引入泛型之后还必须要继续可以运行,有两种设计思路
1.需要泛型化的类型(主要是容器(Collections
)类型),以前有的就保持不变,然后平行地加一套泛型化版本的新类型;
2.直接把已有的类型泛型化,让所有需要泛型化的已有类型都原地泛型化,不添加任何平行于已有类型的泛型版。
.NET
在1.1 -> 2.0
的时候选择了上面选项的1,而Java
则选择了2。
从Java
设计者的角度看,这个取舍很明白。
.NET
在1.1 -> 2.0
的时候,实际的应用代码量还很少(相对Java
来说),而且整个体系都在微软的控制下,要做变更比较容易;
而Java
在1.4.2 -> 5.0
的时候,Java已经有大量程序部署在生产环境中,已经有很多应用和库程序的代码。
如果这些代码在新版本的Java
中,为了使用Java
的新功能(例如泛型)而必须做大量源码层修改,那么新功能的普及速度就会大受影响。
2.3 泛型擦除后retrofit
是怎么获取类型的?
Retrofit
是如何传递泛型信息的?
上一段常见的网络接口请求代码:
public interface GitHubService {
@GET("users/{user}/repos")
Call<List<Repo>> listRepos(@Path("user") String user);
}
复制代码
使用jad
查看反编译后的class
文件:
import retrofit2.Call;
public interface GitHubService
{
public abstract Call listRepos(String s);
}
复制代码
可以看到class
文件中已经将泛型信息给擦除了,那么Retrofit
是如何拿到Call<List>
的类型信息的?
我们看一下retrofit
的源码
static <T> ServiceMethod<T> parseAnnotations(Retrofit retrofit, Method method) {
...
Type returnType = method.getGenericReturnType();
...
}
public Type getGenericReturnType() {
// 根据 Signature 信息 获取 泛型类型
if (getGenericSignature() != null) {
return getGenericInfo().getReturnType();
} else {
return getReturnType();
}
}
复制代码
可以看出,retrofit
是通过getGenericReturnType
来获取类型信息的
jdk
的Class
、Method
、Field
类提供了一系列获取 泛型类型的相关方法。
以Method
为例,getGenericReturnType
获取带泛型信息的返回类型 、 getGenericParameterTypes
获取带泛型信息的参数类型。
问:泛型的信息不是被擦除了吗?
答:是被擦除了, 但是某些(声明侧的泛型,接下来解释) 泛型信息会被class
文件 以Signature
的形式 保留在Class
文件的Constant pool
中。
通过javap
命令 可以看到在Constant pool
中#5 Signature
记录了泛型的类型。
Constant pool:
#1 = Class #16 // com/example/diva/leet/GitHubService
#2 = Class #17 // java/lang/Object
#3 = Utf8 listRepos
#4 = Utf8 (Ljava/lang/String;)Lretrofit2/Call;
#5 = Utf8 Signature
#6 = Utf8 (Ljava/lang/String;)Lretrofit2/Call<Ljava/util/List<Lcom/example/diva/leet/Repo;>;>;
#7 = Utf8 RuntimeVisibleAnnotations
#8 = Utf8 Lretrofit2/http/GET;
#9 = Utf8 value
#10 = Utf8 users/{user}/repos
#11 = Utf8 RuntimeVisibleParameterAnnotations
#12 = Utf8 Lretrofit2/http/Path;
#13 = Utf8 user
#14 = Utf8 SourceFile
#15 = Utf8 GitHubService.java
#16 = Utf8 com/example/diva/leet/GitHubService
#17 = Utf8 java/lang/Object
{
public abstract retrofit2.Call<java.util.List<com.example.diva.leet.Repo>> listRepos(java.lang.String);
flags: ACC_PUBLIC, ACC_ABSTRACT
Signature: #6 // (Ljava/lang/String;)Lretrofit2/Call<Ljava/util/List<Lcom/example/diva/leet/Repo;>;>;
RuntimeVisibleAnnotations:
0: #8(#9=s#10)
RuntimeVisibleParameterAnnotations:
parameter 0:
0: #12(#9=s#13)
}
复制代码
这就是我们retrofit
中能够获取泛型类型的原因
2.4 Gson
解析为什么要传入内部类
Gson
是我们常用的json
解析库,一般是这样使用的
// Gson 常用的情况
public List<String> parse(String jsonStr){
List<String> topNews = new Gson().fromJson(jsonStr, new TypeToken<List<String>>() {}.getType());
return topNews;
}
复制代码
我们这里可以提出两个问题
1.Gson
是怎么获取泛型类型的,也是通过Signature
吗?
2.为什么Gson
解析要传入匿名内部类?这看起来有些奇怪
2.4.1 那些泛型信息会被保留,哪些是真正的擦除了?
上面我们说了,声明侧泛型会被记录在Class
文件的Constant pool
中,使用侧泛型则不会
声明侧泛型主要指以下内容
1.泛型类,或泛型接口的声明 2.带有泛型参数的方法 3.带有泛型参数的成员变量
使用侧泛型
也就是方法的局部变量,方法调用时传入的变量。
Gson
解析时传入的参数属于使用侧泛型,因此不能通过Signature
解析
2.4.2 为什么Gson
解析要传入匿名内部类
根据以上的总结,方法的局部变量的泛型是不会被保存的
Gson
是如何获取到List<String>
的泛型信息String
的呢?
Class
类提供了一个方法public Type getGenericSuperclass()
,可以获取到带泛型信息的父类Type
。
也就是说java
的class
文件会保存继承的父类或者接口的泛型信息。
所以Gson
使用了一个巧妙的方法来获取泛型类型:
1.创建一个泛型抽象类TypeToken <T>
,这个抽象类不存在抽象方法,因为匿名内部类必须继承自抽象类或者接口。所以才定义为抽象类。
2.创建一个 继承自TypeToken
的匿名内部类, 并实例化泛型参数TypeToken<String>
3.通过class
类的public Type getGenericSuperclass()
方法,获取带泛型信息的父类Type
,也就是TypeToken<String>
总结:Gson
利用子类会保存父类class
的泛型参数信息的特点。 通过匿名内部类实现了泛型参数的传递。
3.什么是PECS
原则?
3.1 PECS
介绍
PECS
的意思是Producer Extend Consumer Super
,简单理解为如果是生产者则使用Extend
,如果是消费者则使用Super
,不过,这到底是啥意思呢?
PECS
是从集合的角度出发的
1.如果你只是从集合中取数据,那么它是个生产者,你应该用extend
2.如果你只是往集合中加数据,那么它是个消费者,你应该用super
3.如果你往集合中既存又取,那么你不应该用extend
或者super
让我们通过一个典型的例子理解一下到底什么是Producer
和Consumer
public class Collections {
public static <T> void copy(List<? super T> dest, List<? extends T> src) {
for (int i=0; i<src.size(); i++) {
dest.set(i, src.get(i));
}
}
}
复制代码
上面的例子中将src
中的数据复制到dest
中,这里src
就是生产者,它「生产」数据,dest
是消费者,它「消费」数据。
3.2 为什么需要PECS
使用PECS
主要是为了实现集合的多态
举个例子,现在有这样一个需求,将水果篮子中所有水果拿出来(即取出集合所有元素并进行操作)
public static void getOutFruits(List<Fruit> basket){
for (Fruit fruit : basket) {
System.out.println(fruit);
//...do something other
}
}
List<Fruit> fruitBasket = new ArrayList<Fruit>();
getOutFruits(fruitBasket);//成功
List<Apple> appleBasket = new ArrayList<Apple>();
getOutFruits(appleBasket);//编译错误
复制代码
如上所示:
1.将List<Apple>
传递给List<Fruit>
会编译错误。
2.因为虽然Fruit
是Apple
的父类,但是List<Apple>
和List<Fruit>
之间没有继承关系
3.因为这种限制,我们不能很好的完成取出水果篮子中的所有水果需求,总不能每个类型都写一遍一样的代码吧?
使用extend
可以方便地解决这个问题
/**参数使用List<? extends Fruit>**/
public static void getOutFruits(List<? extends Fruit> basket){
for (Fruit fruit : basket) {
System.out.println(fruit);
//...do something other
}
}
public static void main(String[] args) {
List<Fruit> fruitBasket = new ArrayList<>();
fruitBasket.add(new Fruit());
getOutFruits(fruitBasket);
List<Apple> appleBasket = new ArrayList<>();
appleBasket.add(new Apple());
getOutFruits(appleBasket);//编译正确
}
复制代码
List<? extends Fruit>
,同时兼容了List<Fruit>
和List<Apple>
,我们可以理解为List<? extends Fruit>
现在是List<Fruit>
和List<Apple>
的超类型(父类型)
通过这种方式就实现了泛型集合的多态
3.3 小结
- 在
List<? extends Fruit>
的泛型集合中,对于元素的类型,编译器只能知道元素是继承自Fruit
,具体是Fruit
的哪个子类是无法知道的。 所以「向一个无法知道具体类型的泛型集合中插入元素是不能通过编译的」。但是由于知道元素是继承自Fruit
,所以从这个泛型集合中取Fruit
类型的元素是可以的。 - 在
List<? super Apple>
的泛型集合中,元素的类型是Apple
的父类,但无法知道是哪个具体的父类,因此「读取元素时无法确定以哪个父类进行读取」。 插入元素时可以插入Apple
与Apple
的子类,因为这个集合中的元素都是Apple
的父类,子类型是可以赋值给父类型的。
有一个比较好记的口诀:
1.只读不可写时,使用List<? extends Fruit>:Producer
2.只写不可读时,使用List<? super Apple>:Consumer
总得来说,List<Fruit>
和List<Apple>
之间没有任何继承关系。API
的参数想要同时兼容2者,则只能使用PECS
原则。这样做提升了API
的灵活性,实现了泛型集合的多态
当然,为了提升了灵活性,自然牺牲了部分功能。鱼和熊掌不能兼得。
总结
本文梳理了Java
泛型机制这个知识点,回答了如下几个问题
1.我们为什么需要泛型?
2.什么是泛型擦除?
3.为什么需要泛型擦除?
4.泛型擦除后retrofit
怎么获得类型的?
5.Gson
解析为什么要传入内部类
6.什么是PECS
原则?
7.为什么需要PECS
原则?
以上是关于关于Java泛型机制无非就这7个问题的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章