【Java】Java高级特性-泛型：泛型的基本用法，怎样才能少写 1 万行代码

Z时代
2024-01-10
分类：技术分享

泛型是 Java 的一个高级特性。在 Mybatis、Hibernate 这种持久化框架，泛型更是无处不在。

然而，泛型毕竟是高级特性，藏在框架的底层代码里面。我们平时都是写业务代码，可能从来没见过泛型，更别提怎么用了。

既然如此，我们就一步步学习泛型吧。

泛型是什么

泛型是一种特殊的类型。你不用一开始就指明参数的具体类型，而是先定义一个类型变量，在使用的时候再确定参数的具体类型。

这好像还是很难理解。没关系，我们先来看看，在没有泛型情况下，我们是怎么做的。

比如，在电商系统中，用户有两种类型，分别是普通用户、商户用户。当用户点击获取信息详情时，系统要先把一些敏感信息设置为空，像是 password 之类字段，然后才返回给用户。

你能写一个通用方法，把这些敏感字段设置为空吗？

你可能想到了，在 Java 中，所有的类都继承了Object。于是你写出了第一个版本。

public class ApplicationV1 {
// 把敏感字段设置为空
public static Object removeField(Object obj) throws Exception {
// 需要过滤的敏感字段
Set<String> fieldSet = new HashSet<String>();
fieldSet.add("password");
// 获取所有字段：然后获取这个类所有字段
Field[] fields = obj.getClass().getDeclaredFields();
// 敏感字段设置为空
for (Field field : fields) {
if (fieldSet.contains(field.getName())) {
// 开放字段操作权限
field.setAccessible(true);
// 设置空
field.set(obj, null);
}
}
// 返回对象
return obj;
}
}

在这个方法中，你把Object作为传入参数，然后用反射操作字段，把 password 设置为空。代码一气呵成，于是你又写出了下面的测试代码。

public class ApplicationV1 {
// ...省略部分代码
public static void main(String[] args) throws Exception {
// 初始化
ShopUser shopUser = new ShopUser(0L, "shopUser", "123456");
ClientUser clientUser = new ClientUser(0L, "clientUser", "123456");
// 输出原始信息
System.out.println("过滤前：");
System.out.println("          " + shopUser);
System.out.println("          " + clientUser);
// 执行过滤
shopUser = (ShopUser) removeField(shopUser);
clientUser = (ClientUser) removeField(clientUser);
// 输出过滤后信息
System.out.println("过滤后：");
System.out.println("          " + shopUser);
System.out.println("          " + clientUser);
}
}
运行结果
过滤前：
ShopUser{id=0, username='shopUser', password='123456'}
ClientUser{id=0, username='clientUser', password='123456'}
过滤后：
ShopUser{id=null, username='shopUser', password='null'}ClientUser{id=null, username='clientUser', password='null'}

运行结果看起来没问题，但很遗憾，这个方法不能用。最显而易见的问题是，简洁性不够。这个方法要强制转换对象，你看看这两行测试代码：

    // 执行过滤
shopUser = (ShopUser) removeField(shopUser);clientUser = (ClientUser) removeField(clientUser);

明明是同一个对象，你过滤掉敏感字段后，自己还得再转换一次对象。你想想看，这好歹是一个通用方法，要用在很多地方，当然是越简单越好。

你又想到了，Java 有方法重载机制，你写出了第二个版本。

public class ApplicationV2 {
/********************** 业务方法 ************************/
public static ShopUser removeField(ShopUser user) throws Exception {
// 强转，并返回对象
return (ShopUser) remove(user);
}
public static ClientUser removeField(ClientUser user) throws Exception {
// 强转，并返回对象
return (ClientUser) remove(user);
}
/********************** 核心方法 ************************/
// 把敏感字段设置为空
public static Object remove(Object obj) throws Exception {
// 需要过滤的敏感字段
Set<String> fieldSet = new HashSet<String>();
fieldSet.add("password");
// 获取所有字段：然后获取这个类所有字段
Field[] fields = obj.getClass().getDeclaredFields();
// 敏感字段设置为空
for (Field field : fields) {
if (fieldSet.contains(field.getName())) {
// 开放字段操作权限
field.setAccessible(true);
// 设置空
field.set(obj, null);
}
}
// 返回对象
return obj;
}}

这样一来，问题好像又解决了。但新问题来了，重复方法特别多，而且如果再加一个供应商用户，我还得再写一个方法吗？这可是通用方法，动不动就改源码，也不是办法呀。

在没有泛型的情况下，重复代码没法解决，你总得做些没意义的操作。要不强转对象，要不就多写几个方法。

然而，Java 的 1.5 版本引入了泛型机制，代码可以变得更加简单。利用泛型，你写出了第三个版本。

public class ApplicationV3 {
// 把敏感字段设置为空
public static <T> T removeField(T obj) throws Exception {
// 需要过滤的敏感字段
Set<String> fieldSet = new HashSet<String>();
fieldSet.add("password");
// 获取所有字段：然后获取这个类所有字段
Field[] fields = obj.getClass().getDeclaredFields();
// 敏感字段设置为空
for (Field field : fields) {
if (fieldSet.contains(field.getName())) {
// 开放字段操作权限
field.setAccessible(true);
// 设置空
field.set(obj, null);
}
}
// 返回对象
return obj;
}}

在第三个版本中，你使用了泛型，调用方法时不用强转对象了，你也不用在源码写这么多重复方法，代码变得更加简单了。

你再仔细看完上面的代码，可以发现，泛型的使用步骤：定义类型变量<T>、使用类型变量T obj、确定类型变量 removeField(new ShopUser(0L, "shopUser", "123456"))这点非常重要，这里先按下不表。

这就是泛型，你不用把参数的类型写死在代码，而是在使用的时候，再确定具体的类型。使用了泛型，你的代码可以变得更简单、安全。

当然，泛型很多的用法，分别是：泛型类及接口、泛型方法、通配符。接下来，我们就一个个解锁吧~

泛型类

当泛型用在类和接口时，就被称为泛型类、泛型接口。这个最典型的运用就是各种集合类和接口，比如，List、ArrayList 等等。

那么，我们泛型怎么用在类上面呢？

首先，定义一个泛型类。

public class IdGen<T> {
protected T id;
public Generic(T id) {
this.id = id;
}}

IdGen 是一个 id 生成类。第一行代码中，<T> 是泛型标识，代表你定义了一个类型变量 T。第二行代码，我使用这个类型变量，把 id 定义成一个泛型。

然后，在实例化、继承的的时候，指定具体的类型。

public class IdGen<T> {
// ..省略部分代码
// 通过继承，确定泛型变量
static class User extends IdGen<Integer> {
public User(Integer id) {
super(id);
}
}
public static void main(String[] args) {
// 通过实例化，确定泛型变量
IdGen idGen = new IdGen<String>("1");
System.out.println(idGen);
User user = new User(1);
System.out.println(user);
}}

用户类继承了 IdGen，在代码extends IdGen<Integer>中，指定了 Integer 作为 id 的具体类型；而 IdGen 实例化的时候，在代码new IdGen<String>("1")中，则指定了 String 作为 id 的具体类型。

泛型方法

泛型不仅能用在类和接口上，还可以用在方法上。

比如，怎么把一个类的成员变量转换成 Map 集合呢？

这时候，我们可以写一个泛型方法。

public class Generic {
public static <T> Map obj2Map(T obj) throws Exception {
Map map = new HashMap<>();
// 获取所有字段：通过 getClass() 方法获取 Class 对象，然后获取这个类所有字段
Field[] fields = obj.getClass().getDeclaredFields();
for (Field field : fields) {
// 开放字段操作权限
field.setAccessible(true);
// 设置值
map.put(field.getName(), field.get(obj));
}
return map;
}}

同样的，<T> 是泛型标识，代表你定义了一个类型变量 T，用在这个方法上。T obj 使用类型变量 T，定义一个 obj 参数。最后，在调用方法的的时候，再确定具体的类型。

泛型通配符

泛型通配符用 ? 表示，代表不确定的类型，是泛型的一个重要组成。

有一点很多文章都没提到，大家一定要记住！！！

使用泛型有三个步骤：定义类型变量、使用类型变量、确定类型变量。在第三步，确定类型变量的时候，如果你没法明确类型变量，这时候可以用泛型通配符。

一般情况下，我们不需要用到泛型通配符，因为你能明确地知道类型变量，你看下面代码。

public class Application {
public static Integer count(List<Integer> list) {
int total = 0;
for (Integer number : list) {
total += number;
}
list.add(total);
return total;
}
public static void main(String[] args) {
// 不传指定数据，编译报错
List<String> strList = Arrays.asList("0", "1", "2");
int totalNum = count(strList);
// 绕过了编译，运行报错
List strList1 = Arrays.asList("0", "1", "2");
totalNum = count(strList1);
}}

你非常清楚 count() 方法是干什么的，所以你在写代码的时候，直接就能指明这是一个 Integer 集合。这样一来，在调用方法的时候，如果不传指定的数据进来，就没法通过编译。退一万步讲，即使你绕过了编译这一关，程序也很可能没法运行。

所以，如果你非常清楚自己要干什么，可以很明确地知道类型变量，那没必要用泛型通配符。

然而，在一些通用方法中，什么类型的数据都能传进来，你没法确认类型变量，这时候该怎么办呢？

你可以使用泛型通配符，这样就不用确认类型变量，从而实现一些通用算法。

比如，你要写一个通用方法，把传入的 List 集合输出到控制台，那么就可以这样做。

public class Application {
public static void print(List<?> list) {
for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
System.out.println(list.get(i));
}
}
public static void main(String[] args) {
// Integer 集合，可以运行
List<Integer> intList = Arrays.asList(0, 1, 2);
print(intList);
// String 集合，可以运行
List<String> strList = Arrays.asList("0", "1", "2");
print(strList);
}}

List<?> list 代表我不确定 List 集合装的是什么类型，有可能是 Integer，有可能是 String，还可能是别的东西。但我不管这些，你只要传一个 List 集合进来，这个方法就能正常运行。

这就是泛型通配符。此外，有些算法虽然也是通用的，但适用范围不那么大。比如，用户分为：普通用户、商家用户，但用户有一些特殊功能，其它角色都没有。这时候，又该怎么办呢？

你可以给泛型通配符设定边界，以此限定类型变量的范围。

泛型通配符的上边界

上边界，代表类型变量的范围有限，只能传入某种类型，或者它的子类。你看下这幅图就明白了。

【Java】Java高级特性-泛型：泛型的基本用法，怎样才能少写 1 万行代码

利用 <? extends 类名> 的方式，可以设定泛型通配符的上边界。你看下这个例子就明白了。

public class TopLine {
public static void print(List<? extends Number> list) {
for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
System.out.println(list.get(i));
}
}
public static void main(String[] args) {
// Integer 是 Number 的子类，可以调用 print 方法
print(new ArrayList<Integer>());
// String 不是 Number 的子类，没法调用 print 方法
print(new ArrayList<String>());
}}

你想调用 print() 方法中，那么你可以传入 Integer 集合，因为 Integer 是 Number 的子类。但 String 不是 Number 的子类，所以你没法传入 String 集合。

泛型通配符的下边界

下边界，代表类型变量的范围有限，只能传入某种类型，或者它的父类。你看下这幅图就明白了。

【Java】Java高级特性-泛型：泛型的基本用法，怎样才能少写 1 万行代码

利用 <? super 类名> 的方式，可以设定泛型通配符的上边界。你看下这个例子就明白了。

public class LowLine {
public static void print(List<? super Integer> list) {
for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
System.out.println(list.get(i));
}
}
public static void main(String[] args) {
// Number 是 Integer 的父类，可以调用 print 方法
print(new ArrayList<Number>());
// Long 不是 Integer 的父类，没法调用 print 方法
// print(new ArrayList<String>());
}}

你想调用 print() 方法中，那么可以传入 Number 集合，因为 Number 是 Integer 的父类。但 Long 不是 Integer 的父类，所以你没法传入 Long 集合。