Java泛型补充与理解
Java 的泛型在英文里表示为 Generics。
一、泛型的概念与作用
泛型（Generics）是 Java 5 引入的一种类型安全机制，它允许在定义类、接口或方法时使用类型参数（Type Parameters）通过参数化类型（Parameterized Type）来指定操作的数据类型。通过泛型，集合类可以明确指定其存储元素的类型，从而在编译期就进行类型检查，避免运行时的ClassCastException异常。
二、背景：Java 泛型出现前的痛点
JAVA推出泛型以前，程序员可以构建一个元素类型为Object的集合，该集合能够存储任意的数据类型对象，而在使用该集合的过程中，需要程序员明确知道存储每个元素的数据类型，否则很容易引发ClassCastException异常。
在 Java 5 之前，集合类（如 ArrayList）通过 Object 类型存储元素。由于 Object 是所有类的父类，集合可以存储任意类型的对象。但这种设计存在以下问题：
- 类型不安全：集合中可能混入不同类型的对象，取出时需要手动进行强制类型转换，若转换错误会引发
ClassCastException。 - 编译器无法检查类型：编译阶段无法检测到类型错误，错误只能在运行时暴露。
- 代码可读性差：集合中存储的元素类型不明确，开发者需要手动维护类型信息。
1.示例代码（无泛型时的写法）：
package Generics;
import java.util.ArrayList;
public class Generics_test {public static void main(String[] args) {ArrayList list = new ArrayList();list.add("java");list.add(100);list.add(true);for (int i = 0; i < list.size(); i++) {Object o = list.get(i);String str=(String)o;System.out.println(str);}}
}
运行结果：
看下面图，可以知道在编译时，代码不会报错
2.示例代码（无泛型时的写法）：
import java.util.ArrayList;public class NonGenericExample {public static void main(String[] args) {ArrayList list = new ArrayList(); // 使用原始类型（无泛型）// 向集合中添加不同类型的数据list.add("Hello"); // String 类型list.add(123); // Integer 类型// 取出元素时需强制类型转换String str = (String) list.get(0); // 正确int num = (int) list.get(1); // 正确// 如果误操作，可能会引发 ClassCastExceptionObject obj = list.get(1);String errorStr = (String) obj; // 运行时抛出 ClassCastException}
}运行结果：
问题分析：
list中存储了String和Integer两种类型的数据。- 在取出元素时，若开发者误将
Integer转换为String，程序在运行时会抛出ClassCastException。 - 编译器无法在编译阶段发现这种错误，只能等到运行时才能暴露问题。
三、泛型的解决方案
引入泛型后，集合类可以通过指定类型参数（如 <String>）来限制集合中存储的数据类型。这样，编译器会在编译阶段检查类型安全性，避免运行时错误。
泛型作用：
1.编译期间检查类型
2.减少了数据类型转换
1.示例代码（使用泛型）：
这个例子对应上面（二.1）
package Generics;
import java.util.ArrayList;
public class Generics_test {public static void main(String[] args) {ArrayList<String> strList = new ArrayList<>();strList.add("a");strList.add("b");strList.add("c");for (int i = 0; i < strList.size(); i++) {String s = strList.get(i);System.out.println(s);}}
}
运行结果：
2.示例代码（使用泛型）：
这个例子对应上面（二.2）
package Generics;import java.util.ArrayList;public class GenericExample {public static void main(String[] args) {// 使用泛型指定集合只能存储 String 类型ArrayList<String> list = new ArrayList<>();// 编译器会阻止插入非 String 类型的元素list.add("Hello"); // 正确// list.add(123); // 编译报错：类型不匹配// 取出元素时无需强制类型转换String str = list.get(0); // 直接获取 String 类型System.out.println(str); // 输出: Hello}
}运行结果：
四、常用类型参数通配符
| 符号 | 含义 | 示例场景 |
|---|---|---|
E | Element（元素） | 集合框架（如 List<E>、Set<E>）中表示元素类型。 |
T | Type（类型） | 泛型类 / 方法的通用类型参数（如 Box<T>）。 |
K | Key（键） | Map<K, V> 中的键类型。 |
V | Value（值） | Map<K, V> 中的值类型。 |
N | Number（数值） | 限制为 Number 及其子类（如 Integer、Double）。 |
? | 未知类型（通配符） | 表示不确定的类型（如 List<?> 可接受任意类型的列表）。 |
S, U, V | 多类型参数 | 用于需要多个泛型类型的场景（如 Pair<T, U>）。 |
1.补充说明
-
?（通配符）：
用于泛型方法或变量声明中，表示未知类型。例如：
public void printList(List<?> list) { ... } // 可接受任意类型的 List-
上限通配符
<? extends T>：
表示类型必须是T或其子类（如List<? extends Number>可接受List<Integer>）。 -
下限通配符
<? super T>：
表示类型必须是T或其父类（如List<? super Integer>可接受List<Number>）。 -
多类型参数：
例如，Map.Entry<K, V>定义了键值对的泛型类型，Pair<T, U>可用于存储两个不同类型的值。
2. 常见错误示例
-
错误用法：
List<?> list = new ArrayList<>();
list.add("apple"); // 错误！无法向 `List<?>` 添加元素（类型不确定）这里补条链接
- 正确用法：
List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("apple"); // 正确，明确指定类型为 String3.注意：其实什么字母都可以
Java 泛型中的类型参数名称（如 T、E、K）只是约定俗成的标识符，实际上可以使用任何合法的标识符（如 A、MyType 等）。不过，遵循约定能提高代码的可读性。以下是详细说明：
⑴.类型参数名称的合法性
Java 泛型中，类型参数名称可以是任意合法的标识符，但通常使用单个大写字母（如 T、E、K）或简短的大写单词缩写（如 KEY、VALUE）。例如：
// 合法但不推荐（可读性差）
public class Box<X> { ... }// 合法且常用（遵循约定）
public class Box<T> { ... }⑵.为什么需要约定？
- 提高可读性：看到
E能立刻联想到集合元素，K和V对应键值对。 - 避免混淆：如果使用复杂名称（如
MyCustomType），会让泛型代码显得冗长。
示例对比
不遵循约定（合法但难读）
public class Pair<FirstType, SecondType> {private FirstType first;private SecondType second;// ...
}遵循约定（简洁清晰）
public class Pair<T, U> {private T first;private U second;// ...
}⑶.多类型参数的命名
当泛型类 / 方法需要多个类型参数时，推荐使用有意义的字母或缩写：
// 合法且清晰
public class Triple<F, S, T> {private F first;private S second;private T third;
}// 也可以使用完整单词（不推荐，过于冗长）
public class Triple<FirstElement, SecondElement, ThirdElement> { ... }