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泛型（Generics）是Java SE 5.0引入的一个重要特性，它允许在定义类、接口和方法时使用类型参数。泛型的主要目的是提供类型安全的代码，并减少类型转换的需要。通过使用泛型，开发者可以编写更加通用和灵活的代码，同时避免运行时类型转换错误。
在没有泛型之前，Java中的集合类（如ArrayList）只能存储Object类型的对象。这意味着在从集合中取出元素时，必须进行强制类型转换，这不仅增加了代码的复杂性，还可能导致ClassCastException异常。泛型的引入解决了这个问题，使得集合类可以在编译时检查类型安全。
泛型类是指在类定义时使用类型参数的类。类型参数可以在类的成员变量、方法参数和返回值中使用。泛型类的定义格式如下：
class ClassName<T> {
// 类体
}
其中，T是类型参数，可以是任何有效的Java标识符。在实例化泛型类时，需要指定具体的类型参数。
示例：
public class Box<T> {
private T item;
public void setItem(T item) {
this.item = item;
}
public T getItem() {
return item;
}
public static void main(String[] args) {
Box<String> stringBox = new Box<>();
stringBox.setItem("Hello, Generics!");
System.out.println(stringBox.getItem());
Box<Integer> integerBox = new Box<>();
integerBox.setItem(123);
System.out.println(integerBox.getItem());
}
}
在这个例子中，Box类是一个泛型类，类型参数T可以是任何类型。在main方法中，我们分别创建了Box<String>和Box<Integer>的实例，并分别存储了String和Integer类型的对象。
泛型接口与泛型类类似，也是在接口定义时使用类型参数。泛型接口的定义格式如下：
interface InterfaceName<T> {
// 接口方法
}
实现泛型接口时，需要指定具体的类型参数。
示例：
public interface Pair<K, V> {
K getKey();
V getValue();
}
public class OrderedPair<K, V> implements Pair<K, V> {
private K key;
private V value;
public OrderedPair(K key, V value) {
this.key = key;
this.value = value;
}
@Override
public K getKey() {
return key;
}
@Override
public V getValue() {
return value;
}
public static void main(String[] args) {
Pair<String, Integer> pair = new OrderedPair<>("One", 1);
System.out.println("Key: " + pair.getKey() + ", Value: " + pair.getValue());
}
}
在这个例子中，Pair是一个泛型接口，OrderedPair类实现了这个接口，并指定了具体的类型参数K和V。在main方法中，我们创建了一个OrderedPair<String, Integer>的实例，并输出了键值对。
泛型方法是指在方法定义时使用类型参数的方法。泛型方法的定义格式如下：
<类型参数> 返回类型 方法名(参数列表) {
// 方法体
}
泛型方法可以在普通类、泛型类或接口中定义。与泛型类和泛型接口不同，泛型方法的类型参数是在方法调用时确定的。
示例：
public class Util {
public static <K, V> boolean compare(Pair<K, V> p1, Pair<K, V> p2) {
return p1.getKey().equals(p2.getKey()) && p1.getValue().equals(p2.getValue());
}
public static void main(String[] args) {
Pair<String, Integer> p1 = new OrderedPair<>("One", 1);
Pair<String, Integer> p2 = new OrderedPair<>("Two", 2);
System.out.println(Util.compare(p1, p2));
}
}
在这个例子中，compare方法是一个泛型方法，它接受两个Pair<K, V>类型的参数，并返回一个boolean值。在main方法中，我们调用了compare方法，并传入了两个OrderedPair<String, Integer>的实例。
Java的泛型是通过类型擦除（Type Erasure）来实现的。类型擦除是指在编译时，泛型类型参数会被擦除，替换为它们的上界（通常是Object）。这意味着在运行时，泛型类型信息是不可用的。
示例：
public class Box<T> {
private T item;
public void setItem(T item) {
this.item = item;
}
public T getItem() {
return item;
}
}
在编译时，Box<T>类会被转换为以下形式：
public class Box {
private Object item;
public void setItem(Object item) {
this.item = item;
}
public Object getItem() {
return item;
}
}
由于类型擦除的存在，泛型类型参数在运行时是不可用的。这意味着以下代码在编译时是合法的，但在运行时会抛出ClassCastException异常：
Box<String> stringBox = new Box<>();
stringBox.setItem("Hello");
Integer item = (Integer) stringBox.getItem(); // 运行时异常
为了避免这种情况，Java编译器会在编译时插入类型检查代码，确保类型安全。
泛型通配符（Wildcard）用于表示未知类型。通配符通常用于泛型方法的参数类型或泛型类的类型参数。Java中的通配符有三种形式：无界通配符、上界通配符和下界通配符。
无界通配符（Unbounded Wildcard）用?表示，表示未知类型。无界通配符通常用于泛型方法的参数类型，表示该方法可以接受任何类型的参数。
示例：
public void printList(List<?> list) {
for (Object item : list) {
System.out.println(item);
}
}
在这个例子中，printList方法接受一个List<?>类型的参数，表示该方法可以接受任何类型的List。
上界通配符（Upper Bounded Wildcard）用<? extends T>表示，表示未知类型是T或T的子类型。上界通配符通常用于限制泛型方法的参数类型。
示例：
public double sumOfList(List<? extends Number> list) {
double sum = 0.0;
for (Number number : list) {
sum += number.doubleValue();
}
return sum;
}
在这个例子中，sumOfList方法接受一个List<? extends Number>类型的参数，表示该方法可以接受Number或其子类型的List。
下界通配符（Lower Bounded Wildcard）用<? super T>表示，表示未知类型是T或T的父类型。下界通配符通常用于限制泛型方法的参数类型。
示例：
public void addNumbers(List<? super Integer> list) {
for (int i = 1; i <= 10; i++) {
list.add(i);
}
}
在这个例子中，addNumbers方法接受一个List<? super Integer>类型的参数，表示该方法可以接受Integer或其父类型的List。
尽管泛型提供了强大的类型安全机制，但在使用泛型时也存在一些限制和约束。
Java的泛型不支持基本类型（如int、char等）作为类型参数。如果需要使用基本类型，可以使用对应的包装类（如Integer、Character等）。
示例：
List<int> list = new ArrayList<>(); // 编译错误
List<Integer> list = new ArrayList<>(); // 正确
由于类型擦除的存在，无法在运行时创建泛型类型的实例。
示例：
public <T> void createInstance() {
T instance = new T(); // 编译错误
}
由于类型擦除的存在，无法在运行时创建泛型数组。
示例：
List<String>[] array = new List<String>[10]; // 编译错误
泛型类型参数不能用于静态上下文（如静态变量、静态方法等），因为静态上下文在类加载时就已经确定，而泛型类型参数是在实例化时确定的。
示例：
public class Box<T> {
private static T item; // 编译错误
}
由于类型擦除的存在，Java中的泛型与数组之间存在一些不兼容性。具体来说，无法创建泛型数组。
示例：
List<String>[] array = new List<String>[10]; // 编译错误
为了避免这个问题，可以使用ArrayList等集合类来代替数组。
示例：
List<List<String>> list = new ArrayList<>();
由于类型擦除的存在，泛型类型信息在运行时是不可用的。然而，通过反射机制，可以在一定程度上获取泛型类型信息。
示例：
public class Box<T> {
private T item;
public void setItem(T item) {
this.item = item;
}
public T getItem() {
return item;
}
}
public class GenericReflectionExample {
public static void main(String[] args) throws NoSuchFieldException {
Field field = Box.class.getDeclaredField("item");
Type type = field.getGenericType();
System.out.println("Field type: " + type);
}
}
在这个例子中，我们通过反射获取了Box类中item字段的泛型类型信息。
尽量使用泛型集合类：使用泛型集合类（如ArrayList、HashMap等）可以避免类型转换错误，并提高代码的可读性和安全性。
避免使用原始类型：原始类型（如List、Map等）会失去类型安全，应尽量避免使用。
使用通配符提高灵活性：在泛型方法中，使用通配符可以提高方法的灵活性，使其能够处理更多类型的参数。
避免过度使用泛型：虽然泛型提供了强大的类型安全机制，但过度使用泛型可能会导致代码复杂化。应根据实际需求合理使用泛型。
注意泛型的类型擦除：由于类型擦除的存在，泛型类型信息在运行时是不可用的。在设计泛型类和方法时，应考虑到这一点。
泛型是Java中一个非常重要的特性，它提供了类型安全的代码，并减少了类型转换的需要。通过使用泛型，开发者可以编写更加通用和灵活的代码。然而，由于类型擦除的存在，泛型在使用时也存在一些限制和约束。理解这些限制和约束，并遵循最佳实践，可以帮助我们更好地使用泛型，编写出高质量的Java代码。
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