深入理解Java泛型：灵活、安全、可重用的编程利器

Java泛型是一项强大的编程特性，为程序员提供了一种灵活、类型安全、可重用的编码方式。通过泛型，我们能够编写更加通用、适应多种数据类型的代码，从而提高了代码的灵活性和可维护性。在这篇博客中，我们将深入探讨Java泛型的各个方面，并通过具体的例子来展示其用法和优势。

1. 泛型类和泛型方法

在以下代码中，printArray 方法使用了泛型类型参数 T，允许我们在运行时指定具体的类型。这种方式使得我们可以编写通用的方法来处理不同类型的数组。

public class Print {
    /**
     * 打印数组
     * @param inputArray
     * @param <T>
     */
    public static <T> void printArray(T[] inputArray) {
        for (T element : inputArray) {
            System.out.printf("%s ", element);
        }
        System.out.println();
    }

    /**
     * 打印整数数组
     * @param inputArray
     */
    public static void IntPrintArray(Integer[] inputArray) {
        for (Integer element : inputArray) {
            System.out.printf("%s ", element);
        }
        System.out.println();
    }
    /**
     * 打印字符串数组
     * @param inputArray
     */
    public static void StrPrintArray(String[] inputArray) {
        for (String element : inputArray) {
            System.out.printf("%s ", element);
        }
        System.out.println();
    }
}

然后，我们通过一个示例程序 Method01 来展示泛型方法的应用：

/**
 * @ClassName: Method01
 * @Description: 方法1 感受泛型的好处，泛型方法
 * @Author: liu
 * @Date: 2024-03-09
 * @Version: 1.0
 **/
public class Method01 {
    public static void main(String[] args) {
        String[] stringArray = {"Hello", "World"};
        Integer[] integerArray = {1, 2, 3, 4, 5};

        System.out.println("字符串数组包含:");
        //StringPrint方法
        Print.StrPrintArray(stringArray);
        //编译失败 类型不一致
        //Print.StrPrintArray(integerArray);
        //泛型方法
        Print.printArray(stringArray);

        System.out.println("\n整数数组包含:");
        //IntegerPrint方法
        Print.IntPrintArray(integerArray);
        //编译失败 类型不一致
        //Print.IntPrintArray(stringArray);
        //泛型方法，提高代码可用性
        Print.printArray(integerArray);
        System.out.println("\n整数数组包含:");
        Object[] objectArray = {1, 2, 3, 4, 5, "Hello", "World"};
        Print.printArray(objectArray);
    }
}

在上述示例中，我们调用了 printArray 方法，分别传递了字符串数组和整数数组。由于泛型的存在，我们能够使用相同的方法处理不同类型的数据，提高了代码的可重用性。

再举个例子

/**
 * @ClassName: Method03
 * @Description: 方法3 可以存储任意类型的数据
 * @Author: liu
 * @Date: 2024-03-09
 * @Version: 1.0
 **/
public class Method3 {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个存储整数的 Box 实例
        Box<Integer> integerBox = new Box<>();
        integerBox.setValue(42);
        System.out.println("Integer Value: " + integerBox.getValue());

        // 创建一个存储字符串的 Box 实例
        Box<String> stringBox = new Box<>();
        stringBox.setValue("Hello, Generics!");
        System.out.println("String Value: " + stringBox.getValue());

        // 创建一个存储布尔值的 Box 实例
        Box<Boolean> booleanBox = new Box<>();
        booleanBox.setValue(true);
        System.out.println("Boolean Value: " + booleanBox.getValue());
    }
}
@Data
class Box<T> {
    private T value;
}

2. 泛型上限和下限通配符

首先，让我们来看一个简单的泛型类和泛型方法的例子。考虑到动物（Animals）和猫（Cat）、狗（Dog）的实体类：

@Data
@AllArgsConstructor
@NoArgsConstructor
public class Animals {
    public String name;
    public Integer age;
}

@Data
public class Cat {
    public String name;
    public Integer age;
    public Say say;

    public Cat(String name, Integer age, Say say) {
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.say = say;
        System.out.println("Cat的全参构造执行，猫边唱歌吃鱼");
    }

    public Cat() {
        System.out.println("Cat的无参构造执行，你创建了猫，却一笑而过！");
    }
}

@EqualsAndHashCode(callSuper = true)
@Data
@AllArgsConstructor
@NoArgsConstructor
public class Dog extends Animals {
    public String name;
    public Integer age;
}

@Data
public class Say {
    public String say;

    public Say(String say) {
        this.say = say;
        System.out.println("说话" + say);
    }
}

接下来，我们将介绍泛型上限和下限通配符的概念，并通过例子 Method02 进行演示。

/**
 * @ClassName: Method02
 * @Description: 方法2, 泛型上限和下限通配符
 * @Author: liu
 * @Date: 2024-03-09
 * @Version: 1.0
 **/
public class Method02 {
    public static void main(String[] args) {
/*        Cat cat = new Cat();
        Dog dog1 = new Dog("旺财", 3);
        Cat cat1 = new Cat("小花", 2, new Say("喵喵喵"));
        Animals animal1 = new Animals("小动物", 1);
        List<Dog> dogList = new ArrayList<>();
        List<Cat> catList = new ArrayList<>();
        List<Animals> animalsList = new ArrayList<>();
        animalsList.add(animal1);
        dogList.add(dog1);
        catList.add(cat1);*/

        // 使用菱形操作符和双括号初始化简化代码
        // 在匿名内部类中，Java 并不允许使用 <> 进行菱形操作符的类型推断，还可以使用 Arrays.asList() 方法

        List<Dog> dogList = new ArrayList<Dog>(){
            private static final long serialVersionUID = -3322276720822396481L;

            {
            add(new Dog("狗王", 2));
            add(new Dog("狗王后", 3));
        }};
        List<Cat> catList = Arrays.asList(
                new Cat("猫王", 1, new Say("喵~")),
                new Cat()
        );
        List<Animals> animalsList = new ArrayList<Animals>(){
            private static final long serialVersionUID = 1L;
            {
            add(new Animals("小动物", 1));

        }};
        //reason: no instance(s) of type variable(s) exist so that Cat conforms to Animals
        //extendMethod(catList);// 编译报错
        // 泛型方法调用示例
        extendMethod(dogList);  // 合法，List<Dog> 是 List<? extends Animals> 的子类
        extendMethod(animalsList);  // 合法，List<Animals> 是 List<? extends Animals> 的子类

        System.out.println("=====================================");

        superMethod(dogList);  // 合法
        //编译报错，List<Cat> 不是 List<? super Dog> 的子类
        //superMethod(catList);
        //编译合法，运行报错UnsupportedOperationException
        //superMethod(Collections.unmodifiableList(catList));
        superMethod(animalsList);  // 合法
    }

    public static <T extends Animals> void extendMethod(List<T> list) {
        // 在这里处理只包含数字类型及其子类的列表
        for (T element : list) {
            System.out.println(element);
        }
    }
    public static void superMethod(List<? super Dog> list) {
        // 在这里处理只包含数字类型及其父类的列表
        list.add(new Dog("二狗", 2));
        //list.add(new Animals("Buddy", 2)); // 编译报错
        for (Object element : list) {
            System.out.println(element);
        }
    }
}

在上述代码中，extendMethod 方法接受一个泛型列表，其中的元素必须是 Animals 类型或其子类。而 superMethod 方法则接受一个泛型列表，其中的元素必须是 Dog 类型或其父类。这样的灵活性使得我们能够对不同层次的类进行处理。

在 Method02 的示例程序中，我们演示了泛型上限和下限通配符的使用：

在这个示例中，我们展示了如何使用泛型上限和下限通配符来处理不同类型的列表，使得我们的代码更具通用性和灵活性。

3. 灵活处理多个泛型参数

在实际的编程场景中，有时我们需要处理多个泛型参数的情况。在这个章节，将探讨如何在Java中灵活地处理多个泛型参数，以满足更为复杂的编码需求。

代码如下：

/**
 * @ClassName: Method04
 * @Description: 演示带有多个泛型参数的Pair类的使用
 * @Author: 阿水
 * @Date: 2024-03-10
 * @Version: 1.0
 **/
public class Method04 {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个带有泛型参数的Pair实例
        Pair<Dog, Cat> pair = new Pair<>();
        // 创建狗和猫的实例
        Dog dog = new Dog("旺财", 3);
        Cat cat = new Cat("小花", 2, new Say("喵喵喵"));
        // 设置Pair实例的值
        pair.setFirst(dog);
        pair.setSecond(cat);
        // 打印Pair实例的字符串表示形式以及其中的元素
        System.out.println(pair);
        System.out.println("First Element: " + pair.getFirst().getName());
        System.out.println("Second Element: " + pair.getSecond().getName());
        // 创建带有不同泛型参数的两个Pair实例
        Pair<String, Integer> pair1 = new Pair<>("One", 1);
        Pair<Double, String> pair2 = new Pair<>(6.66, "Pi");
        // 调用泛型方法打印Pair实例的值
        printPair(pair1);
        printPair(pair2);

    }

    /**
     * 打印带有泛型参数的Pair实例的值
     *
     * @param pair 带有泛型参数的Pair实例
     * @param <T>  第一个元素的类型
     * @param <U>  第二个元素的类型
     */
    public static <T, U> void printPair(Pair<T, U> pair) {
        System.out.println("Pair: " + pair.getFirst() + ", " + pair.getSecond());
    }
}

/**
 * @ClassName: Pair
 * @Description: 带有两个泛型参数的Pair类
 * @Author: 阿水
 * @Date: 2024-03-10
 * @Version: 1.0
 **/
@Data
@AllArgsConstructor
@NoArgsConstructor
class Pair<T, U> {
    private T first;
    private U second;
}

运行结果如下:

4.总结

Java泛型是一项强大的编程特性，通过泛型类和泛型方法，我们能够编写通用、灵活的代码。同时，泛型上限和下限通配符使得我们能够更好地处理不同层次的类。通过这篇博客，我们深入理解了Java泛型的灵活性、安全性和可重用性，为我们的编程工作提供了更多的便利和可能性。