Java/Scala 泛型快速入门教程

  • 2020 年 2 月 26 日
  • 筆記

泛型（Generics）是强类型编程语言中经常使用的一种技术。很多框架的代码中都会大量使用到泛型，比如在Java中我们经常看到的：

  List<String> strList = new ArrayList<String>();  List<Double> doubleList = new LinkedList<Double>();

在这段代码中，ArrayList就是一个泛型类，List就是一个泛型接口类，他们提供给开发者一个放置不同类型的集合容器，我们可以向这个集合容器中添加String、Double以及其他各类数据类型。无论内部存储的是什么类型，集合容器提供给开发者的功能都是相同的，比如添加add，get等。有了泛型，我们就没必要创建StringArrayList、DoubleArrayList等集合了，否则代码量太大，维护起来成本极高。

在Java中，泛型一般有三种使用方式：泛型类，泛型方法和泛型接口类。一般使用尖括号<>来接收泛型参数。

Java泛型类

假如我们自己定义一个支持泛型的MyArrayList，这个列表类可以简单支持初始化和数据写入。只要在类名后面加上<T>就可以让这个类支持泛型，类内部的一些属性和方法都可以使用泛型类型T。当然我们给这个类也可以添加多个泛型参数，比如<K,V>, <T,E,K>等。在类中设置泛型会作用到整个类上。

public class MyArrayList<T> {      private int size;      T[] elements;      public MyArrayList(int capacity) {          this.size = capacity;          this.elements = (T[]) new Object[capacity];      }      public void set(T element, int position) {          elements[position] = element;      }      @Override      public String toString() {          String result = "";          for (int i = 0; i < size; i++) {              result += elements[i].toString();          }          return result;      }      public static void main(String[] args){          MyArrayList<String> strList = new MyArrayList<String>(2);          strList.set("first", 0);          strList.set("second", 1);          System.out.println(strList.toString());      }  }

我们也可以从父类中继承并扩展泛型，比如Flink源码中有这样一个类定义，子类继承了父类的T，同时自己增加了泛型KEY：

public class KeyedStream<T, KEY> extends DataStream<T> {    ...  }

Java泛型接口类

Java泛型接口类的定义和Java泛型类基本相同。下面的代码展示了List接口中定义subList方法，该方法截取原来列表的一部分。

public interface List<E> {      ...      public List<E> subList(int fromIndex, int toIndex);  }

继承并实现这个接口类的代码如下：

public class ArrayList<E> implements List<E> {      ...      public List<E> subList(int fromIndex, int toIndex) {          subListRangeCheck(fromIndex, toIndex, size);          return new SubList(this, 0, fromIndex, toIndex);      }  }

Java泛型方法

泛型方法可以存在于泛型类（包括接口类）中，也可以存在于普通的类中。

public class MyArrayList<T> {      ...      // public关键字和返回值E之间的<E>表明这是一个泛型方法      // 泛型方法中的类型E和泛型类中的类型T可以不一样      public <E> E processElement(E element) {          ...          return E;      }  }

从上面的代码示例可以看出，public或private关键字和方法返回值之间的尖括号<E>表示这是一个泛型方法。泛型方法的类型E和泛型类中的T可以不一样，或者说，如果泛型方法是泛型类的一个成员，泛型方法既可以继续使用类中的T，也可以自己定义新的类型E。

通配符

除了用 <T>表示泛型外，还有 <?>这种形式。<?> 被称为通配符，用来适应各种不同的泛型。

泛型小结

对Java的泛型总结下来发现，虽然它的语法有时候让人有些眼花缭乱，其本质是为了接受不同的数据类型，增强代码的复用性。

我们可以在一个类里使用多个泛型，每个泛型一般使用大写字母表示。Java为此提供了一些大写字母使用规范：

  1. T 代表一般的任何类。
  2. E 代表元素（Element）或异常（Exception）。
  3. K 代表键（Key）。
  4. V 代表值（Value），通常与K一起配合使用，比如<K, V>。

Java的泛型给开发者提供了不少便利，尤其是保证了底层代码简洁性，因为这些底层代码通常被封装为一个框架，会有各种各样的上层应用调用这些底层代码进行特定的业务处理，每次调用都可能涉及泛型问题。比如，大数据框架Spark和Flink中都需要开发者基于泛型进行数据处理。

以上只对泛型做了一个简单的介绍，实际上在具体使用时还有一些细节需要注意。

类型擦除

Java的泛型有一个遗留问题，那就是类型擦除（Type Erasure）。我们先看一下下面的代码：

Class<?> strListClass = new ArrayList<String>().getClass();  Class<?> intListClass = new ArrayList<Integer>().getClass();  // 输出：class java.util.ArrayList  System.out.println(strListClass);  // 输出：class java.util.ArrayList  System.out.println(intListClass);  // 输出：true  System.out.println(strListClass.equals(intListClass));

虽然声明时我们分别使用了String和Integer，但运行时关于泛型的信息被擦除了，我们无法区别strListClass和intListClass这两个类型。这是因为，泛型信息只存在于代码编译阶段，当程序运行到JVM上时，与泛型相关的信息会被擦除掉。类型擦除对于绝大多数应用系统开发者来说关系不太大，但是对于一些框架开发者来说，必须要注意。比如，Spark和Flink的开发者都使用了一些办法来解决类型擦除问题，对于API调用者来说，受到的影响不大。

Scala中的泛型

对Java的泛型有了基本了解后，我们接着来了解一下Scala中的泛型。相比而言，Scala的类型系统更复杂，本文只介绍一些简单语法，帮助读者能够读懂一些源码。

Scala中，泛型放在了中括号[]中。或者我们可以简单地理解为，原来Java的泛型类<T>，现在改为[T]即可。

我们创建一个Stack[T]的泛型类，并实现了两个简单的方法，类中各成员和方法都可以使用泛型T。我们也定义了泛型方法，形如isStackPeekEquals[T]，方法中可以使用泛型T。

object MyStackDemo {    // Stack泛型类    class Stack[T] {     private var elements: List[T] = Nil     def push(x: T) { elements = x :: elements }     def peek: T = elements.head    }    // 泛型方法，检查两个Stack顶部是否相同    def isStackPeekEquals[T](p: Stack[T], q: Stack[T]): Boolean = {     p.peek == q.peek    }    def main(args: Array[String]): Unit = {      val stack = new Stack[Int]      stack.push(1)      stack.push(2)      println(stack.peek)      val stack2 = new Stack[Int]      stack2.push(2)      val stack3 = new Stack[Int]      stack3.push(3)      println(isStackPeekEquals(stack, stack2))      println(isStackPeekEquals(stack, stack3))    }  }

总结

本文简单介绍了Java/Scala的泛型，它允许数据类型是可变，提升了代码的复用性，是很多框架都会采用的技术，开发者非常有必要了解泛型的基本用法。

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