1 为什么需要泛型
Java5之前，是没有泛型的。通过两段代码我们就可以知道为何我们需要泛型
public int addInt(int a, int b) {
return a + b;
}
public double addDouble(double a, double b) {
return a + b;
}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Float类型的求和，需要重新在重载一个输入是Float类型的add方法。
再举个例子：
public class NoGenericsTest {
public static void main(String[] args) {
List list = new ArrayList();
list.add("Hello");
list.add(123);
list.add(45.67);
for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
String item = (String) list.get(i); //1
System.out.println(item);
}
}
}上面的代码执行，将会出现如下的错误：
定义了一个List类型的集合，先向其中加入了两个字符串类型的值，随后加入一个Integer类型的值。这是完全允许的，因为此时list默认的类型为Object类型。在之后的循环中，由于忘记了之前在list中也加入了Integer类型的值或其他编码原因，很容易出现类似于//1中的错误。因为编译阶段正常，而运行时会出现“java.lang.ClassCastException”异常。因此，导致此类错误编码过程中不易发现。
在如上的编码过程中，我们发现主要存在两个问题：
1.当我们将一个对象放入集合中，集合不会记住此对象的类型，当再次从集合中取出此对象时，改对象的编译类型变成了Object类型，但其运行时类型任然为其本身类型。
2.因此，//1处取出集合元素时需要人为的强制类型转化到具体的目标类型，且很容易出现“java.lang.ClassCastException”异常。
所以泛型的好处就是：
- 适用于多种数据类型执行相同的代码
- 泛型中的类型在使用时指定，不需要强制类型转换
2 泛型类和泛型接口
泛型，即“参数化类型”。一提到参数，最熟悉的就是定义方法时有形参，然后调用此方法时传递实参。那么参数化类型怎么理解呢？
顾名思义，就是将类型由原来的具体的类型参数化，类似于方法中的变量参数，此时类型也定义成参数形式（可以称之为类型形参），然后在使用/调用时传入具体的类型（类型实参）。
泛型的本质是为了参数化类型（在不创建新的类型的情况下，通过泛型指定的不同类型来控制形参具体限制的类型）。也就是说在泛型使用过程中，操作的数据类型被指定为一个参数，这种参数类型可以用在类、接口和方法中，分别被称为泛型类、泛型接口、泛型方法。
引入一个类型变量T（其他大写字母都可以，不过常用的就是T，E，K，V等等），并且用<>括起来，并放在类名的后面。泛型类是允许有多个类型变量的.
2.1 泛型类
public class NormalGeneric<T> {
private T value;
public NormalGeneric(T value) {
this.value = value;
}
public T getValue() {
return value;
}
public void setValue(T value) {
this.value = value;
}
@Override
public String toString() {
return "NormalGeneric{" +
"value=" + value +
'}';
}
}
package com.coy.generics;
public class NormalGeneric2<T,K> {
private T data;
private K result;
public NormalGeneric2(T t, K k) {
this.data = t;
this.result = k;
}
public T getData() {
return data;
}
public void setData(T data) {
this.data = data;
}
public K getResult() {
return result;
}
public void setResult(K result) {
this.result = result;
}
}
泛型接口与泛型类的定义基本相同：
2.2 泛型接口
public interface Generator<T> {
public T next();
}而实现泛型接口的类，有两种实现方法：
1. 未传入泛型实参时：
public class ImplGenerator<T> implements Generator<T>{
@Override
public T next() {
return null;
}
}在new出类的实例时，需要指定具体类型：
public static void main(String[] args) {
ImplGenerator<String> implGenerator = new ImplGenerator<>();
}2. 传入泛型实参
public class ImplGenerator2 implements Generator<String>{
@Override
public String next() {
return "OK";
}
}在new出类的实例时，和普通的类没区别。
2.3 泛型方法
public class GenericMethod {
public <T> T genericMethod(T... t) {
// 这里可以对 T 类型的参数进行处理
return t[t.length/ 2]; // 返回中间的元素作为示例
}
public void test(int x, int y) {
// 这是一个普通方法，不是泛型方法
System.out.println("普通方法: " + (x + y));
}
public static void main(String[] args) {
GenericMethod gm = new GenericMethod();
// 调用普通方法
gm.test(12, 34);
// 调用泛型方法
String result = gm.genericMethod("Hello", "World", "Generics");
System.out.println(result); // 输出: World
Integer intResult = gm.genericMethod(1, 2, 3, 4, 5);
System.out.println(intResult); // 输出: 3
}
}
泛型方法，是在调用方法的时候指明泛型的具体类型 ，泛型方法可以在任何地方和任何场景中使用，包括普通类和泛型类。注意泛型类中定义的普通方法和泛型方法的区别。
普通方法：
public class GenericNormalMethod<T> {
/**
* 普通泛型方法
* 虽然在方法中使用了泛型,但是这并不是一个泛型方法。
* 这只是类中一个普通的成员方法,只不过他的返回值是在声明泛型类已经声明过的泛型
* 所以在这个方法中才可以继续使用 т 这个泛型。
*
* @param t 泛型参数
* @return 返回泛型参数
*
*/
public T normalMethod(T t) {
return t;
}
}泛型方法：
public class GenericGenericMethod {
/**
* 这才是一个真正的泛型方法。
* 首先在public与返回值之间的<T>必不可少,这表明这是一个泛型方法,并且声明了一个泛型
* 这个τ可以出现在这个泛型方法的任意位置,
* 泛型的数量也可以为任意多个
* 如:public <T, V> T show(T t, V v) {}
*
* @param t
* @return
* @param <T>
*/
public <T> T show(T t) {
return t;
}
public <T, V> T show(T t, V v) {
return t;
}
}3 限定类型变量
有时候，我们需要对类型变量加以约束，比如计算两个变量的最小，最大值。
public static <T> T min(T a, T b) {
if (a instanceof Comparable && b instanceof Comparable) {
Comparable<T> compA = (Comparable<T>) a;
Comparable<T> compB = (Comparable<T>) b;
return compA.compareTo(compB) < 0 ? a : b;
}
throw new IllegalArgumentException("Arguments must be comparable");
}请问，如何确保传入的两个变量一定有compareTo方法？那么解决这个问题的方案就是将T限制为实现了接口Comparable的类
public static <T extends Comparable> T min(T a, T b) {
if (a.compareTo(b) < 0) {
return a;
} else {
return b;
}
}T extends Comparable中
T表示应该绑定类型的子类型，Comparable表示绑定类型，子类型和绑定类型可以是类也可以是接口。
如果这个时候，我们试图传入一个没有实现接口Comparable的类的实例，将会发生编译错误。
public static <T extends Comparable> T min(T a, T b) {
if (a.compareTo(b) < 0) {
return a;
} else {
return b;
}
}
public static <T extends Comparable & Serializable> T max(T a, T b) {
if (a.compareTo(b) > 0) {
return a;
} else {
return b;
}
}
static class Test{}
public static void main(String[] args) {
GenericGenericMethod.min("abc", "xyz"); // 输出: abc
Integer minInt = GenericGenericMethod.min(3, 5);
System.out.println(minInt); // 输出: 3
Integer maxInt = GenericGenericMethod.max(3, 5);
System.out.println(maxInt); // 输出: 5
Test test1 = new Test();
Test test2 = new Test();
Test minTest = GenericGenericMethod.min(test1, test2); // 报错
System.out.println(minTest); // 输出: com.coy.generics.GenericGenericMethod$Test@<hashcode>
}同时extends左右都允许有多个，如 <T,V extends Comparable & Serializable>
注意:限定的类型中(Comparable & Serializable)，只允许有一个是class类型，而且如果有class类型，这个class的类必须是限定列表的第一个，因为Java中类是单继承。这种类的限定既可以用在泛型方法上也可以用在泛型类上。
4 泛型中的约束和局限性
现在我们有泛型类
public class Restrict<T> {
}4.1 不能用基本类型实例化类型参数
Restrict<double> restrict = new Restrict<>(); // 错误
Restrict<Double> restrictDouble = new Restrict<>(); // 正确Java 的泛型只支持引用类型，不支持基本类型（如 int、double 等）。这是因为泛型的实现基于类型擦除，编译后泛型类型参数会被替换为 Object 或限定类型，而基本类型不能作为 Object 的子类。
例如，Restrict<int> 这样的写法会报错，必须用包装类型 Restrict<Integer>。
总结：
泛型类型参数只能是引用类型，不能是基本类型。
如果需要用基本类型，使用对应的包装类（如 Integer、Double）
4.2 运行时类型查询只适用于原始类型
if (restrictDouble instanceof Restrict<Double>) {} // 这种不允许
if (restrictDouble instanceof Restrict) {} // 这种不允许
Restrict<String> restrictString = new Restrict<>();
System.out.println(restrictDouble.getClass() == restrictString.getClass()); // This will print false because they are different type parameters
System.out.println(restrictDouble.getClass().getSimpleName()); // This will print "Restrict"因为 Java 的泛型在编译后会进行类型擦除，所有的泛型类型参数（如 Restrict<String>、Restrict<Integer>）在运行时都变成了原始类型（如 Restrict）。运行时虚拟机只知道原始类型，不知道具体的泛型参数类型。
所以，instanceof Restrict 是允许的，但 instanceof Restrict<String> 是非法的，因为运行时没有 Restrict<String> 这个类型信息。
总结：
运行时只保留原始类型信息，泛型参数信息被擦除。
因此类型查询（如 instanceof、getClass()）只能用于原始类型。
4.3 泛型类的静态上下文中类型变量失效
// 静态域或者方法里不能引用类型变量
private static T instance; // 错误， 静态成员不能直接引用类的泛型类型参数
// 静态方法不能引用类的类型变量
// private static T getInstance2() {} // 错误，静态方法不能直接引用类的泛型类型参数
//静态方法本身是泛型方法就行
private static <T> T getInstance() {} // 正确，如果需要在静态方法中使用泛型，必须让方法本身成为泛型方法（即在方法声明上加<T>），这样T是方法级别的，与类的泛型参数无关。不能在静态域或方法中引用类型变量。泛型类型参数（如T）是在类实例化时由外部指定的，而静态成员属于类本身，不依赖于任何实例。类加载时，静态成员就已经初始化了，但这时还没有任何泛型类型信息（因为还没创建对象）。同样的静态方法在类加载时随类一起加载到方法区（或元空间），但只有在第一次主动使用该类（如创建对象、访问静态成员、调用静态方法等）时，类才会被加载和初始化。静态方法属于类本身，不依赖于实例。所以静态域或静态方法不能直接引用类的泛型类型参数。
通俗点讲因为泛型是要在对象创建的时候才知道是什么类型的，而对象创建的代码执行先后顺序为先是static的部分，然后才是构造函数等等。所以在对象初始化之前static的部分已经执行了，如果你在静态部分引用的泛型，那么毫无疑问虚拟机根本不知道是什么东西，因为这个时候类还没有初始化。
4.4 不能创建参数化类型的数组
// 不能创建参数化类型的数组
Restrict<Double>[] restrictArray; // 可以
// private Restrict<String>[] restrictArray = new Restrict<String>[10]; // 不允许Java 的泛型是通过类型擦除实现的，编译后泛型类型参数会被擦除为原始类型（如 Object）。而数组在运行时需要知道其元素的具体类型，以保证类型安全。如果允许创建参数化类型的数组（如 new Restrict<String>[10]），在运行时无法检查数组元素的实际类型，可能导致类型安全问题。这样做会破坏 Java 的类型安全机制，因此 Java 不允许直接创建参数化类型的数组。
总结：泛型信息在运行时不可用，数组需要运行时类型信息，所以不能创建参数化类型的数组。
4.5 不能实例化类型变量
public class Restrict<T> {
private T value;
// 不能实例化类型变量
public Restrict() {
value = new T();
}
}Java 的泛型是通过类型擦除实现的，类型参数 T 在编译后会被擦除为它的限定类型（默认是 Object）。在运行时，JVM 并不知道 T 具体是什么类型，因此无法直接执行 new T() 这样的操作，因为没有类型信息来创建对象。
如果需要实例化类型变量，通常有两种做法：
1. 通过构造函数传入 Class<T>，用反射创建对象。
2. 让调用者传入需要的实例。
public class Restrict<T> {
private T value;
public Restrict(Class<T> clazz) throws IllegalAccessException, InstantiationException {
value = clazz.newInstance();
}
}4.6 不能捕获泛型类的实例
//泛型类不能extends Exception/Throwable
// private class Problem<K> extends Exception{}
// 不能捕获泛型类对象
// public <T extends Throwable> void doSomething(T t) {
// // 不能捕获泛型类对象
// try {
//
// } catch (T e) {
// // 这里的e是T类型，但T是Throwable的子类
// System.out.println("Caught: " + e);
// }
// }Java 的泛型是通过类型擦除实现的，类型参数（如 T）在编译后会被擦除为限定类型（如 Throwable 或 Object）。而 catch 语句在编译时需要明确的异常类型，不能是类型变量。编译器无法确定 T 具体是什么类型，因此不能写 catch (T e)。
总结：
1. catch 语句要求捕获的异常类型在编译期已知。
2. 泛型类型参数在编译期无法确定具体类型，类型擦除后只剩原始类型。
所以不能捕获泛型类对象。
但是这样是可以的:
public <T extends Throwable> void doSomething(T t) throws T {
// 不能捕获泛型类对象
try {
// 模拟一些操作
throw t; // 抛出传入的异常
} catch (Throwable e) {
// 这里的e是Throwable类型，但T是Throwable的子类
System.out.println("Caught: " + e);
throw (T) e; // 强制转换为T类型并抛出
}
}5 泛型类型的继承规则
现在我们有一个类和子类:
public class Employee {
}public class Worker extends Employee{
}有一个泛型类:
public class Pair<T> {
}请问Pair<Employee>和Pair<Worker>是继承关系吗？
答案：不是。Pair<Employee> 和 Pair<Worker> 之间没有继承关系。虽然 Worker 继承自 Employee，但泛型类型参数不同的泛型类是完全独立的类型。在 Java 中，Pair<Worker> 不是 Pair<Employee> 的子类。
但是泛型类可以继承或者扩展其他泛型类，比如List和ArrayList
/**
* 但是泛型类可以继承或者扩展其他泛型类，比如List和ArrayList
* @param <T>
*/
public class ExtendPair<T> extends Pair<T> {
}Pair<Employee> pair = new ExtendPair<Employee>();6 通配符类型
正是因为前面所述的，Pair<Employee>和Pair<Worker>没有任何关系，
public class Fruit {
}
public class Apple extends Fruit{
}
public class Orange extends Fruit{
}
public class HongFuShi extends Apple{
}
如果我们有一个泛型类和一个方法:
public static void print(GenericType<Fruit> generics) {
System.out.println(generics);
}
public class GenericType<T> {
}
则会产生这种情况：
为解决这个问题，于是提出了一个通配符类型 ?
有两种使用方式：
？ extends X 表示类型的上界，类型参数是X的子类
？ super X 表示类型的下界，类型参数是X的超类
这两种方式从名字上来看，特别是super，很有迷惑性，下面我们来仔细辨析这两种方法。
6.1 ？ extends X
表示传递给方法的参数，必须是X的子类（包括X本身）
public class Caller {
public static void print2(GenericType<? extends Fruit> generics) {
System.out.println(generics);
}
public static void use2() {
GenericType<Fruit> a = new GenericType<>();
print2(a);
GenericType<Apple> b = new GenericType<>();
print2(b);
GenericType<? extends Fruit> c = b;
}
}但是对泛型类GenericType来说，如果其中提供了get和set类型参数变量的方法的话，set方法是不允许被调用的，会出现编译错误
public class GenericType<T> {
private T value;
public T getValue() {
return value;
}
public void setValue(T value) {
this.value = value;
}
@Override
public String toString() {
return "GenericType{" +
"value=" + value +
'}';
}
}
get方法则没问题，会返回一个Fruit类型的值。
为何？
道理很简单，？ extends X 表示类型的上界，类型参数是X的子类，那么可以肯定的说，get方法返回的一定是个X（不管是X或者X的子类）编译器是可以确定知道的。但是set方法只知道传入的是个X，至于具体是X的那个子类，不知道。
总结：主要用于安全地访问数据，可以访问X及其子类型，并且不能写入非null的数据。
6.2 ？ super X
表示传递给方法的参数，必须是X的超类（包括X本身）
public class Caller {
public static void printSuper(GenericType<? super Apple> generics) {
System.out.println(generics);
}
public static void useSuper() {
GenericType<Fruit> fruitGenericType = new GenericType<>();
printSuper(fruitGenericType);
GenericType<Apple> appleGenericType = new GenericType<>();
printSuper(appleGenericType);
GenericType<HongFuShi> hongFuShiGenericType = new GenericType<>();
printSuper(hongFuShiGenericType); // 编译错误，HongFuShi不是Apple的父类
GenericType<Orange> orangeGenericType = new GenericType<>();
printSuper(orangeGenericType); // 编译错误，Orange不是Apple的父类
}
}
但是对泛型类GenericType来说，如果其中提供了get和set类型参数变量的方法的话，set方法可以被调用的，且能传入的参数只能是X或者X的子类：
public class GenericType<T> {
private T value;
public T getValue() {
return value;
}
public void setValue(T value) {
this.value = value;
}
@Override
public String toString() {
return "GenericType{" +
"value=" + value +
'}';
}
}public static void useSuper() {
GenericType<? super Apple> e = new GenericType<>();
Apple apple = new Apple();
Fruit fruit = new Fruit();
HongFuShi hongFuShi = new HongFuShi();
e.setValue(fruit); // 编译错误，不能将Fruit赋值给Apple的父类
e.setValue(apple); // 可以将Apple赋值给Apple的父类
e.setValue(hongFuShi); // 可以将HongFuShi赋值给Apple的父类
}
get方法只会返回一个Object类型的值:
GenericType<? super Apple> e = new GenericType<>();
Object fruit1 = e.getValue(); // 唯一可行的获取值，返回类型为Object，因为e的类型是Apple的父类，所以getValue()返回的是Object类型为什么会这样子呢？
？ super X 表示类型的下界，类型参数是X的超类（包括X本身），那么可以肯定的说，get方法返回的一定是个X的超类，那么到底是哪个超类？不知道，但是可以肯定的说，Object一定是它的超类，所以get方法返回Object。编译器是可以确定知道的。对于set方法来说，编译器不知道它需要的确切类型，但是X和X的子类可以安全的转型为X。
总结：主要用于安全地写入数据，可以写入X及其子类型。
7 无限定的通配符 ?
表示对类型没有什么限制，可以把？看成所有类型的父类，如Pair< ?>；
比如：
ArrayList<T> al=new ArrayList<T>(); 指定集合元素只能是T类型
ArrayList<?> al=new ArrayList<?>(); 集合元素可以是任意类型，这种没有意义，一般是方法中，只是为了说明用法。
在使用上：
？ getFirst() ： 返回值只能赋给 Object；
void setFirst(?) ： setFirst 方法不能被调用， 甚至不能用 Object 调用；
8 虚拟机是如何实现泛型的？
泛型思想早在C++语言的模板（Template）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。由于Java语言里面所有的类型都继承于java.lang.Object，所以Object转型成任何对象都是有可能的。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，就已经替换为原来的原生类型（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称为伪泛型。
将一段Java代码编译成Class文件，然后再用字节码反编译工具进行反编译后，将会发现泛型都不见了，程序又变回了Java泛型出现之前的写法，泛型类型都变回了原生类型
public static String method(List<String> list) {
return "List<String>";
}
public static Integer method(List<Integer> list) {
return 0;
}上面这段代码是不能被编译的，因为参数List＜Integer＞和List＜String＞编译之后都被擦除了，变成了一样的原生类型List＜E＞，擦除动作导致这两种方法的特征签名变得一模一样。
由于Java泛型的引入，各种场景（虚拟机解析、反射等）下的方法调用都可能对原有的基础产生影响和新的需求，如在泛型类中如何获取传入的参数化类型等。因此，JCP组织对虚拟机规范做出了相应的修改，引入了诸如Signature、LocalVariableTypeTable等新的属性用于解决伴随泛型而来的参数类型的识别问题，Signature是其中最重要的一项属性，它的作用就是存储一个方法在字节码层面的特征签名[3]，这个属性中保存的参数类型并不是原生类型，而是包括了参数化类型的信息。修改后的虚拟机规范要求所有能识别49.0以上版本的Class文件的虚拟机都要能正确地识别Signature参数。
另外，从Signature属性的出现我们还可以得出结论，擦除法所谓的擦除，仅仅是对方法的Code属性中的字节码进行擦除，实际上元数据中还是保留了泛型信息，这也是我们能通过反射手段取得参数化类型的根本依据。