一、泛型介紹

在日常編程的過程中剪菱，泛型在這三個(gè)特性之中使用頻率是最高的摩瞎。”泛型”一詞中的泛字可以理解為泛化的意思孝常，即由具體的旗们、個(gè)別的擴(kuò)大為一般的。Oracle對泛型的官方定義是：泛型類型是通過類型參數(shù)化的泛型類或接口构灸。一言以蔽之上渴，泛型就是通過類型參數(shù)化，來解決程序的通用性設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的若干問題。

Java泛型是1.5版本后引入的特性稠氮，它主要被用于解決三類問題：

1曹阔、編譯器類型檢查

例如上圖中的實(shí)例1設(shè)計(jì)了一個(gè)簡單的Box類，在其中定義了一個(gè)private的object的屬性隔披，同時(shí)定義了get()和set()兩個(gè)行為赃份，其中set()用于保存object到Box內(nèi)，set()用于獲取Box中的object對象奢米。從抽象的角度看抓韩，Box類抽象了一個(gè)用于在盒子中存放物品對象和存取的行為，存取的方法接受或者返回Object類型的對象恃慧。在這個(gè)抽象的基礎(chǔ)上园蝠，可以存放除原始類型外任意類型的對象，Object類型的聲明體現(xiàn)了面向?qū)ο笾欣^承的理念痢士。

在實(shí)例2中彪薛，實(shí)現(xiàn)了不同業(yè)務(wù)場景下對Box的使用方式。其中列舉了兩種不同的業(yè)務(wù)場景怠蹂，場景一需要在Box中存放String類型的對象善延，場景二需要在Box中存放Integer類型的對象，這種情況下城侧，在實(shí)際開發(fā)時(shí)易遣，場景二中很有可能會(huì)錯(cuò)誤地傳入一個(gè)String對象，導(dǎo)致運(yùn)行時(shí)錯(cuò)誤的發(fā)生嫌佑，而這正是因?yàn)锽ox可以被只有傳入任意類型的對象導(dǎo)致的豆茫，這種情況在集合類操作時(shí)尤為突出。例如實(shí)例3中的情況：

首先聲明了一個(gè)List類型的boxes對象屋摇，其中存放了兩個(gè)對象揩魂，一個(gè)是String類型的“aaaaa”，另一個(gè)是Integer類型的11111炮温。在業(yè)務(wù)場景一下火脉，使用者認(rèn)為boxes中存放的所有對象都是String類型的，因此在取出第二個(gè)對象并進(jìn)行類型轉(zhuǎn)換的時(shí)候就發(fā)生了錯(cuò)誤柒啤。這種情況往往讓使用者十分迷惑倦挂，明明編譯時(shí)沒有問題，但是在運(yùn)行時(shí)卻產(chǎn)生了異常担巩。也就是說方援，在這種面向?qū)ο蟮某橄筮^程中，無法通過編譯來驗(yàn)證類型該如何進(jìn)行使用涛癌。

那么泛型是如何解決這類問題的呢肯骇？

Oracle意識到了上述的問題窥浪，在引入泛型之后，通過將代碼中的“public class Box”更改為“public class Box<T>”來創(chuàng)建泛型類型的聲明笛丙，而這個(gè)聲明的背后實(shí)質(zhì)上是引入了可以在類中任何地方使用的類型變量T。如實(shí)例4中所示：可以看到假颇，除了新增的泛型類型聲明<T>外胚鸯，所有在原來代碼中出現(xiàn)的Object都被類型變量T所替換。

乍一看類型變量這個(gè)詞笨鸡，感覺有點(diǎn)晦澀難懂姜钳，但其實(shí)如果仔細(xì)思量一番會(huì)發(fā)現(xiàn)它其實(shí)并不難理解，上面的實(shí)例4可以理解為“在使用泛型時(shí)形耗，可以將類型參數(shù)T傳遞給Box類型本身”哥桥，結(jié)合Oracle給出的官方定義“泛型的本質(zhì)是類型參數(shù)化”會(huì)有更深的理解。

在實(shí)例5中激涤，在對象聲明和初始化的時(shí)候拟糕，都指定了類型參數(shù)T，在場景一種倦踢，T為String送滞；在場景二中，T為Integer辱挥。這樣犁嗅，在場景二中向IntegerBox中傳入String類型的數(shù)據(jù)“aaaaa”時(shí)，程序會(huì)報(bào)錯(cuò)晤碘。實(shí)例6中的泛型集合對象的操作也與之類似褂微，在聲明了一個(gè)List<String>的boxes對象之后，如果向boxes中傳入Integer對象11111园爷，程序會(huì)報(bào)錯(cuò)宠蚂。

可以看到，通過對于泛型的使用腮介，之前的多業(yè)務(wù)場景中的問題都得到了解決肥矢，因?yàn)楝F(xiàn)在在編譯階段就可以解決之前類型不匹配的問題，而不用等到運(yùn)行時(shí)才暴露問題叠洗，只要合理使用泛型甘改，就能在很大程度上規(guī)避此類風(fēng)險(xiǎn)。對于泛型的使用灭抑，這種參數(shù)化類型的作用表面上看是聲明十艾，背后其實(shí)是約定。

2腾节、強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換

再回顧一下實(shí)例3忘嫉，在List類型的boxes對象中存放了兩個(gè)對象荤牍，分別是String類型的“aaaaa”和Integer類型的11111。其中存在一個(gè)問題庆冕，在對于boxes的聲明中康吵，使用者不知道boxes的list中到底應(yīng)該存放什么類型的對象，而編譯器也不知道集合存放的數(shù)據(jù)類型访递，只能通過實(shí)際的業(yè)務(wù)場景來決定這個(gè)box是什么類型晦嵌，采用將Object強(qiáng)制轉(zhuǎn)換成String的方式，來達(dá)到業(yè)務(wù)要求的效果拷姿。

在使用泛型之后惭载，解決了這種場景下必須進(jìn)行強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換的問題。如實(shí)例7中响巢，通過泛型聲明描滔，指定集合內(nèi)元素的類型參數(shù)為String類型，這樣編譯器就直接知曉了元素的類型踪古，而無需依靠實(shí)際的業(yè)務(wù)邏輯進(jìn)行轉(zhuǎn)換含长，從而解決了這類類型強(qiáng)制轉(zhuǎn)換的問題。

3灾炭、可讀性和靈活性

泛型除了能進(jìn)行編譯器類型檢查和規(guī)避類型強(qiáng)制轉(zhuǎn)換外茎芋，還能有效地提高代碼的可讀性。對于實(shí)例3蜈出，如果不使用泛型田弥，當(dāng)一個(gè)不清楚業(yè)務(wù)場景的人在對集合進(jìn)行操作時(shí)，無法知道list中存儲(chǔ)的是什么類型的對象铡原，如果使用了泛型偷厦，就能夠通過其類型參數(shù)判斷出當(dāng)前的業(yè)務(wù)場景，也增加了代碼的可讀性燕刻，同時(shí)也可以大膽地在抽象繼承的基礎(chǔ)上進(jìn)行開發(fā)了只泼。

泛型使用上的靈活性體現(xiàn)在很多方面，因?yàn)樗旧韺?shí)質(zhì)上就是對于繼承在使用上的一種增強(qiáng)卵洗。因?yàn)榉盒驮诰唧w工作時(shí)请唱，當(dāng)編譯器在編譯源碼的時(shí)候，首先要進(jìn)行泛型類型參數(shù)的檢查过蹂，檢查出類型不匹配等問題十绑，然后進(jìn)行類型擦除并同時(shí)在類型參數(shù)出現(xiàn)的位置插入強(qiáng)制轉(zhuǎn)換指令，從而實(shí)現(xiàn)泛型酷勺。

除了上述的基礎(chǔ)用法之外本橙，泛型還有幾種特殊的高階用法：

通配符的設(shè)計(jì)存在一定的場景，例如在使用泛型后脆诉，首先聲明了一個(gè)Animal的類甚亭，而后聲明了一個(gè)繼承自Animal類的Cat類贷币，顯然Cat類是Animal類的子類，但是List<Cat>卻不是List<Animal>的子類型亏狰，而在程序中往往需要表達(dá)這樣的邏輯關(guān)系役纹。為了解決這種類似的場景，在泛型的參數(shù)類型的基礎(chǔ)上新增了通配符的用法暇唾，具體來說有三種用法：<? extends T>字管、<? super T>、<?>信不。其中前兩者被稱為限定通配符，<?>被稱為非限定通配符亡呵。

1抽活、<? extends T> 上界通配符

上界通配符顧名思義，<? extends T>表示的是類型的上界（包含自身）锰什，因此通配的參數(shù)化類型可能是T或T的子類下硕。正因?yàn)闊o法確定具體的類型是什么，add方法受限（可以添加null汁胆，因?yàn)閚ull表示任何類型）梭姓，但可以從列表中獲取元素后賦值給父類型。如上圖中的第一個(gè)例子嫩码，第三個(gè)add()操作會(huì)受限誉尖，原因在于List<Animal>和List<Cat>是List<? extends Animal>的子類型。

2铸题、<? super T> 下界通配符

下界通配符<? super T>表示的是參數(shù)化類型是T的超類型（包含自身）铡恕，層層至上，直至Object丢间，編譯器無從判斷get()返回的對象的類型是什么探熔，因此get()方法受限。但是可以進(jìn)行add()方法烘挫，add()方法可以添加T類型和T類型的子類型诀艰，如第二個(gè)例子中首先添加了一個(gè)Cat類型對象，然后添加了兩個(gè)Cat子類類型的對象饮六，這種方法是可行的其垄，但是如果添加一個(gè)Animal類型的對象，顯然將繼承的關(guān)系弄反了喜滨，是不可行的捉捅。

3、<?> 無界通配符

在理解了上界通配符和下界通配符之后虽风，其實(shí)也自然而然的理解了無界通配符棒口。無界通配符用<?>表示寄月，?代表了任何的一種類型，能代表任何一種類型的只有null（Object本身也算是一種類型无牵，但卻不能代表任何一種類型漾肮，所以List<Object>和List<null>的含義是不同的，前者類型是Object茎毁，也就是繼承樹的最上層克懊，而后者的類型完全是未知的）。

二七蜘、反射機(jī)制

反射是Java語言本身具備的一個(gè)重要的動(dòng)態(tài)機(jī)制谭溉。用一句話來解釋反射的定義：自控制，自描述橡卤。即通過反射可以動(dòng)態(tài)的獲取類扮念、屬性、方法的信息碧库，也能構(gòu)造對象并控制對象的屬性和行為柜与。

上圖中有一個(gè)Apple類，它有兩個(gè)構(gòu)造器嵌灰、一個(gè)屬性和get()弄匕、set()兩個(gè)行為。在左側(cè)的“自描述”中主要是嘗試在動(dòng)態(tài)的過程中借助反射獲取Apple類的構(gòu)造器信息和對應(yīng)的參數(shù)個(gè)數(shù)沽瞭、類的屬性信息和類的方法信息迁匠。其中有一個(gè)Class類型，它可以產(chǎn)生Class對象被ClassLoader加載秕脓，從而在jvm中實(shí)現(xiàn)對它的調(diào)用柒瓣。在這段程序中，打印了一些類的信息吠架、類的屬性信息和類的方法信息芙贫。在右側(cè)的“自控制”的代碼中，實(shí)現(xiàn)了在運(yùn)行的過程中創(chuàng)建了一些對象并觸發(fā)這個(gè)對象的一些行為傍药，最后還嘗試對對象的屬性進(jìn)行賦值磺平。反射的基本使用方法較為簡單，但是這種機(jī)制卻增強(qiáng)了Java語言的靈活性拐辽。

如上圖所示拣挪，非反射的Java類的大致運(yùn)行流程是：編寫源文件Apple.java，然后編譯器將其編譯成字節(jié)碼文件Apple.class俱诸，最后加載到j(luò)vm中并運(yùn)行菠劝。而采用反射的方式時(shí)，編譯器一開始對其類型（編譯類型和動(dòng)態(tài)類型）是一無所知的睁搭，只有在運(yùn)行過后赶诊，編譯器才知道其真正的類型笼平。

反射的優(yōu)勢主要在于兩點(diǎn)：

在一些場景中，這種“未知類型”實(shí)際上大大增強(qiáng)了程序運(yùn)行時(shí)的靈活性舔痪，但是其性能會(huì)有一些損耗寓调；

對于對象的類型可以在運(yùn)行時(shí)判斷，這樣的特性實(shí)質(zhì)上是對多態(tài)極大地增強(qiáng)锄码，進(jìn)一步地將上層的抽象與下層的具體實(shí)現(xiàn)進(jìn)行解耦夺英。

這兩點(diǎn)在JDBC Driver中體現(xiàn)的非常明顯，例如上圖中的實(shí)例中滋捶，JDBC的驅(qū)動(dòng)加載方式是通過反射機(jī)制實(shí)現(xiàn)的痛悯，從而保證運(yùn)行時(shí)可以動(dòng)態(tài)選擇要加載的驅(qū)動(dòng)程序，程序靈活性大大增強(qiáng)重窟。另外灸蟆，JDBC只是設(shè)計(jì)了驅(qū)動(dòng)需要實(shí)現(xiàn)的接口，并不關(guān)心驅(qū)動(dòng)廠商的個(gè)數(shù)和實(shí)現(xiàn)方式亲族，只要安裝統(tǒng)一的規(guī)范即可，至于類型的判斷和具體方法的觸發(fā)可缚，交給運(yùn)行期動(dòng)態(tài)判斷即可霎迫，這種反射機(jī)制的使用淋漓盡致的體現(xiàn)了多態(tài)，并且降低了類與類之間的耦合度帘靡。

三知给、注解的使用

注解是在1.5版本引入的，現(xiàn)在已經(jīng)成為日常程序開發(fā)中非常重要的一部分描姚。注解是一種元數(shù)據(jù)涩赢，本身沒有任何作用，如果要有轩勘，必須依附在具體的對象上筒扒，在日常使用中最常見的兩個(gè)注解是@Override和@Deprecated。

先不考慮注解具體的概念绊寻、用法和如何工作等問題花墩，注解與“標(biāo)簽”的概念十分相似，@Override可以理解為在方法上添加了一個(gè)標(biāo)簽澄步，其代表的就是“這是一個(gè)繼承關(guān)系中冰蘑，子類已經(jīng)重寫的方法〈甯祝”更進(jìn)一步理解祠肥，這個(gè)標(biāo)簽在某個(gè)方法上加上之后，如果父類中沒有該方法梯皿，那么在編譯的時(shí)候就會(huì)報(bào)錯(cuò)仇箱，而且可以解決在繼承場景下一些不留心將方法名拼錯(cuò)的情況县恕，同時(shí)增強(qiáng)了一些程序的可讀性。

如上圖所示工碾，同樣以@Override為例弱睦，對注解進(jìn)行進(jìn)一步的提取和抽象。具體抽象出了四個(gè)方面：首先在作用域方面渊额，它只能作用于子類重寫的方法上况木；其次在生命周期方面，注解只是在編譯時(shí)進(jìn)行檢查旬迹，在編譯結(jié)束后便沒有了任何作用火惊；除此之外，在文檔支持方面奔垦，為例解決可讀性的問題屹耐，設(shè)計(jì)了@Documented的注解，用來表示注解的說明注釋是否包含在JavaDoc中椿猎；在層級結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面惶岭，設(shè)計(jì)了@inherited用來表示注解是否可以被子類繼承。

在上圖中定義了一個(gè)蘋果描述注解犯眠，包含了@Target按灶、@Retention、@Inherited和@Documented四個(gè)注解筐咧，表示它生命周期是程序運(yùn)行的聲明周期鸯旁、可以被子類繼承、文檔可以被包含量蕊。在設(shè)計(jì)出這個(gè)注解之后铺罢，可以將其用在前文中的Apple實(shí)例上，如圖中在類和方法上各添加了一個(gè)注解残炮，在添加完后韭赘，便可以配合反射看到注解的效果，這樣可以更好的加強(qiáng)其自描述的能力和配置的靈活性势就。

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