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一、泛型的基本概念

泛型的定义： 泛型是JDK 1.5的一项新特性，它的本质是参数化类型（Parameterized Type）的应用，也就是说所操作的数据类型被指定为一个参数，在用到的时候在指定具体的类型。这种参数类型可以用在类、接口和方法的创建中，分别称为泛型类、泛型接口和泛型方法。

泛型思想早在C++语言的模板（Templates）中就开始生根发芽，在Java语言处于还没有出现泛型的版本时，只能通过Object是所有类型的父类和类型强制转换两个特点的配合来实现类型泛化。

例如在哈希表的存取中，JDK 1.5之前使用HashMap的get()方法，返回值就是一个Object对象，由于Java语言里面所有的类型都继承于java.lang.Object，那Object转型为任何对象成都是有可能的。

但是也因为有无限的可能性，就只有程序员和运行期的虚拟机才知道这个Object到底是个什么类型的对象。在编译期间，编译器无法检查这个Object的强制转型是否成功，如果仅仅依赖程序员去保障这项操作的正确性，许多ClassCastException的风险就会被转嫁到程序运行期之中。

泛型技术在C#和Java之中的使用方式看似相同，但实现上却有着根本性的分歧，C#里面泛型无论在程序源码中、编译后的IL中（Intermediate Language，中间语言，这时候泛型是一个占位符）或是运行期的CLR中都是切实存在的，List< int >与List< String >就是两个不同的类型，它们在系统运行期生成，有自己的虚方法表和类型数据，这种实现称为类型膨胀，基于这种方法实现的泛型被称为真实泛型。

Java语言中的泛型则不一样，它只在程序源码中存在，在编译后的字节码文件中，就已经被替换为原来的原始类型（Raw Type，也称为裸类型）了，并且在相应的地方插入了强制转型代码，因此对于运行期的Java语言来说，ArrayList< int >与ArrayList< String >就是同一个类。所以说泛型技术实际上是Java语言的一颗语法糖，Java语言中的泛型实现方法称为类型擦除，基于这种方法实现的泛型被称为伪泛型。（类型擦除在后面在学习）

使用泛型机制编写的程序代码要比那些杂乱的使用Object变量，然后再进行强制类型转换的代码具有更好的安全性和可读性。泛型对于集合类来说尤其有用。

泛型程序设计（Generic Programming）意味着编写的代码可以被很多不同类型的对象所重用。

实例分析：

在JDK1.5之前，Java泛型程序设计是用继承来实现的。因为Object类是所用类的基类，所以只需要维持一个Object类型的引用即可。就比如ArrayList只维护一个Object引用的数组： public class ArrayList//JDK1.5之前的

{
    public Object get(int i){......}
    public void add(Object o){......}
    ......
    private Object[] elementData;
}

这样会有两个问题：

没有错误检查，可以向数组列表中添加类的对象

在取元素的时候，需要进行强制类型转换

这样，很容易发生错误，比如：

/**jdk1.5之前的写法，容易出问题*/
        ArrayList arrayList1=new ArrayList();
        arrayList1.add(1);
        arrayList1.add(1L);
        arrayList1.add("asa");
        int i=(Integer) arrayList1.get(1);//因为不知道取出来的值的类型，类型转换的时候容易出错

这里的第一个元素是一个长整型，而你以为是整形，所以在强转的时候发生了错误。

所以。在JDK1.5之后，加入了泛型来解决类似的问题。例如在ArrayList中使用泛型：

/** jdk1.5之后加入泛型*/
        ArrayList<String> arrayList2=new ArrayList<String>();  //限定数组列表中的类型
//      arrayList2.add(1); //因为限定了类型，所以不能添加整形
//      arrayList2.add(1L);//因为限定了类型，所以不能添加整长形
        arrayList2.add("asa");//只能添加字符串
        String str=arrayList2.get(0);//因为知道取出来的值的类型，所以不需要进行强制类型转换

还要明白的是，泛型特性是向前兼容的。尽管 JDK 5.0 的标准类库中的许多类，比如集合框架，都已经泛型化了，但是使用集合类（比如 HashMap 和 ArrayList）的现有代码可以继续不加修改地在 JDK 1.5 中工作。当然，没有利用泛型的现有代码将不会赢得泛型的类型安全的好处。

在学习泛型之前，简单介绍下泛型的一些基本术语，以ArrayList< E >和ArrayList< Integer >做简要介绍：

• 整个成为ArrayList泛型类型
• ArrayList< E >中的 E称为类型变量或者类型参数
• 整个ArrayList< Integer > 称为参数化的类型
• ArrayList< Integer >中的integer称为类型参数的实例或者实际类型参数
• ArrayList< Integer >中的< Integer >念为typeof Integer
• ArrayList称为原始类型

二、泛型的使用

泛型的参数类型可以用在类、接口和方法的创建中，分别称为泛型类、泛型接口和泛型方法。下面看看具体是如何定义的。

2. 1、泛型类的定义和使用

一个泛型类（generic class）就是具有一个或多个类型变量的类。定义一个泛型类十分简单，只需要在类名后面加上<>，再在里面加上类型参数：

class Pair<T> {
    private T value;
        public Pair(T value) {
                this.value=value;
        }
        public T getValue() {
        return value;
    }
    public void setValue(T value) {
        this.value = value;
    }
}

现在我们就可以使用这个泛型类了：

public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
        Pair<String> pair=new Pair<String>("Hello");
        String str=pair.getValue();
        System.out.println(str);
        pair.setValue("World");
        str=pair.getValue();
        System.out.println(str);
    }

Pair类引入了一个类型变量T，用尖括号<>括起来，并放在类名的后面。泛型类可以有多个类型变量。例如，可以定义Pair类，其中第一个域和第二个域使用不同的类型：

public class Pair<T,U>{......}

注意：

类型变量使用大写形式，且比较短，这是很常见的。在Java库中，使用变量E表示集合的元素类型，K和V分别表示关键字与值的类型。（需要时还可以用临近的字母U和S）表示“任意类型”。

2.2、泛型接口的定义和使用

定义泛型接口和泛型类差不多，看下面简单的例子：

interface Show<T,U>{
    void show(T t,U u);
}

class ShowTest implements Show<String,Date>{
    @Override
    public void show(String str,Date date) {
        System.out.println(str);
        System.out.println(date);
    }
}

测试一下：

public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
        ShowTest showTest=new ShowTest();
        showTest.show("Hello",new Date());
    }

3.3、泛型方法的定义和使用

泛型类在多个方法签名间实施类型约束。在 List< V > 中，类型参数 V 出现在 get()、add()、contains() 等方法的签名中。当创建一个 Map< K, V > 类型的变量时，您就在方法之间宣称一个类型约束。您传递给 add() 的值将与 get() 返回的值的类型相同。

类似地，之所以声明泛型方法，一般是因为您想要在该方法的多个参数之间宣称一个类型约束。

举个简单的例子：

public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
        String str=get("Hello", "World");
        System.out.println(str);
    }

    public static <T, U> T get(T t, U u) {
        if (u != null)
            return t;
        else
            return null;
    }

三、泛型变量的类型限定

在上面，我们简单的学习了泛型类、泛型接口和泛型方法。我们都是直接使用< T >这样的形式来完成泛型类型的声明。

有的时候，类、接口或方法需要对类型变量加以约束。看下面的例子：

有这样一个简单的泛型方法：

public static <T> T get(T t1,T t2) {
        if(t1.compareTo(t2)>=0);//编译错误
        return t1;
    }

因为，在编译之前，也就是我们还在定义这个泛型方法的时候，我们并不知道这个泛型类型T，到底是什么类型，所以，只能默认T为原始类型Object。所以它只能调用来自于Object的那几个方法，而不能调用compareTo方法。

可我的本意就是要比较t1和t2，怎么办呢？这个时候，就要使用类型限定，对类型变量T设置限定（bound）来做到这一点。

我们知道，所有实现Comparable接口的方法，都会有compareTo方法。所以，可以对< T >做如下限定：

public static <T extends Comparable> T get(T t1,T t2) { //添加类型限定
        if(t1.compareTo(t2)>=0);
        return t1;
    }

类型限定在泛型类、泛型接口和泛型方法中都可以使用，不过要注意下面几点：

1. 不管该限定是类还是接口，统一都使用关键字 extends
2. 可以使用&符号给出多个限定，比如

public static <T extends Comparable&Serializable> T get(T t1,T t2)

1. 如果限定既有接口也有类，那么类必须只有一个，并且放在首位置

public static <T extends Object&Comparable&Serializable> T get(T t1,T t2)

四、反射机制

4.1 基础描述

反射机制可以在程序运行时获取类的完整结构信息，并且可以动态的操作属性和方法等。

对于反射机制的理解，必须要对类编译和JVM加载，运行时数据区有清楚的认识，这块内容可以移步JVM系列的文章。

通过运行时动态获取类的结构，然后动态的创建对象并操作属性和方法，这种方式在实际开发中并不多用，这样很明显会消耗JVM资源，并且会忽略一些封装导致安全问题

2、反射的类库

• java.lang.Class：Class类
• java.lang.reflect.Constructor：构造器
• java.lang.reflect.Field：属性
• java.lang.reflect.Method：方法

4.2 API之Class对象

获取目标类型的Class对象常见方式，通过Class对象再获取相关结构信息，从而操作或者访问：

public static void main(String[] args) throws Exception {
    // Class对象回去
    User user1 = new User(1,"name01") ;
    Class userClass1 = user1.getClass() ;
    Class userClass2 = Class.forName("com.java.reflect.User");
    Class userClass3 = User.class ;
    System.out.println(User.class.getName());
    System.out.println("userClass1==userClass2?"+(userClass1==userClass2));
    System.out.println("userClass2==userClass3?"+(userClass2==userClass3));
    // 类型创建和判断
    Object object = User.class.newInstance() ;
    System.out.println("类型："+(object instanceof User));
    System.out.println("类型："+(userClass3.isInstance(user1)));
}

输出结果：

这里有个注意点：通过Class对象的 newInstance() 方法，即基于User类的无参构造器，首先要求User类具有无参构造方法。

4.3 API之Constructor构造器

Class对象读取构造方法，可以分别获得全部构造方法，不同修饰类型的构造方法，或者根据构造参数类型指定获取：

public static void main(String[] args) throws Exception {
    Class userClass = User.class ;

    // 读取公共构造方法
    Constructor[] userConArr = userClass.getConstructors();
    printCon(userConArr);

    // 读取指定私有构造方法
    Constructor privateCon = userClass.getDeclaredConstructor(Integer.class);
    System.out.println(privateCon);

    // 读取全部构造方法
    userConArr = userClass.getDeclaredConstructors();
    printCon(userConArr);

    // 调用公共构造方法创建对象
    Constructor pubCon = userClass.getConstructor(Integer.class,String.class);
    Object pubUser = pubCon.newInstance(1,"hello") ;

    // 调用私有构造方法创建对象
    Constructor priCon = userClass.getDeclaredConstructor(Integer.class);
    // 忽略private权限修饰符
    priCon.setAccessible(Boolean.TRUE);
    Object priUser = priCon.newInstance(2) ;
    System.out.println(pubUser+"\n"+priUser);
}
public static void printCon (Constructor[] constructors){
    for (Constructor constructor:constructors){
        System.out.println(constructor);
    }
}

这里需要注意的是，通过调用 setAccessible(Boolean.TRUE) 方法，可以基于私有构造方法创建对象，这里明显违背了Java的基本设计原则，破坏代码的安全性。

4.4 API之Field属性

Field保证成员变量的属性，修饰符，值管理等相关操作：

public static void main(String[] args) throws Exception {
    Class userClass = User.class ;
    // 获取公共字段
    Field[] pubArr = userClass.getFields() ;
    printField(pubArr);

    // 获取全部字段
    Field[] fieldArr = userClass.getDeclaredFields() ;
    printField(fieldArr);

    // 获取指定字段
    Field emailField = userClass.getField("email") ;
    Field nameField = userClass.getDeclaredField("name") ;
    printField(new Field[]{emailField,nameField});

    // 创建对象并操作属性
    Object userObj = userClass.newInstance() ;
    nameField.setAccessible(Boolean.TRUE);
    nameField.set(userObj,"world");
    emailField.set(userObj,"test@email.com");
    System.out.println("userObj:"+userObj);
}
/**
 * 打印成员变量信息
 */
public static void printField (Field[] fields){
    for (Field field : fields){
        System.out.println("声明："+field);
        UserAnno userAnno = field.getAnnotation(UserAnno.class) ;
        System.out.println("注解："+userAnno.desc());
        String fieldName = field.getName() ;
        System.out.println("名称："+fieldName);
        Type type = field.getGenericType() ;
        System.out.println("类型："+type);
    }
}

注意这里获取Type类型信息，在有些特定的业务场景下还是十分有用的。

4.5API之Method方法

public static void main(String[] args) throws Exception {
    Class userClass = User.class ;
    // 获取所有公共方法[包括父类和Object类方法]
    Method[] pubMethods = userClass.getMethods() ;
    printMethod(pubMethods);
    // 获取全部方法
    Method[] allMethods = userClass.getDeclaredMethods() ;
    printMethod(allMethods);
    // 获取指定方法
    Method method = userClass.getMethod("parName",String.class) ;
    printMethod(new Method[]{method});
    // 调用方法
    Object userObj = userClass.newInstance() ;
    Method setId = userClass.getDeclaredMethod("setId", Integer.class);
    setId.invoke(userObj,99) ;
    Method setName = userClass.getDeclaredMethod("setName", String.class);
    setName.invoke(userObj,"java") ;
    Method sayHi = userClass.getDeclaredMethod("sayHi", String.class);
    sayHi.setAccessible(Boolean.TRUE);
    sayHi.invoke(userObj,"c++");
    System.out.println(userObj);
}
/**
 * 打印方法信息
 */
public static void printMethod (Method[] methods){
    for (Method method : methods){
        System.out.println("定义："+method);
        System.out.println("命名："+method.getName());
        UserAnno userAnno = method.getAnnotation(UserAnno.class) ;
        if (userAnno != null){
            System.out.println("注解："+userAnno.desc());
        }
        Type[] paramTypeArr = method.getParameterTypes();
        for (int i=0 ; i< paramTypeArr.length; i++){
            System.out.print("参数"+(i+1)+"类型："+paramTypeArr[i]+" ; ");
        }
        System.out.println("参数个数："+method.getParameterCount());
    }
}

注意这里对方法的获取远远不止类本身定义的，包括从父类继承的，和Java基础Object类中的。

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