泛型，可以看做一种“模板代码”。

什么是“模板代码”呢？
以ArrayList为例。
在JDK1.5引入泛型之前，ArrayList采取的方式是：在内部塞入一个Object[] array。

public class ArrayList {
    
    private Object[] array;
    private int size;
    public void add(Object e) {
    ...}
    public void remove(int index) {
    ...}
    public Object get(int index) {
    ...}
}

如果用JDK1.5以前的ArrayList存储String类型，那么会有以下两个缺点（其实是问题的一体两面）：
● 需要强制转型
● 强制转型容易出错
代码要这么写：

ArrayList list = new ArrayList();
list.add("Hello");
// 获取到Object，必须强制转型为String:
String first = (String) list.get(0);

为什么要强制转型？因为String是真正的类型，转型后才能使用String特有的方法，比如replace()。

为了解决这些问题，我们必须把ArrayList变成一种模板。
所谓模板，就是我能做的都给你做了，少量易变动的东西我留出来，你自己DIY去。

同理，ArrayList也是一种模板，能写的方法都给你写了，但变量类型我定不了，于是抽成类型参数：

public class ArrayList<T> {
    
    private T[] array;
    private int size;
    public void add(T e) {
    ...}
    public void remove(int index) {
    ...}
    public T get(int index) {
    ...}
}

T可以是任何class类型，反正我已经帮你参数化了，你自己定。
这样一来，我们就实现了：只需编写一次模版，可以创建任意类型的ArrayList：

// 创建可以存储String的ArrayList:
ArrayList<String> strList = new ArrayList<>();
// 创建可以存储Float的ArrayList:
ArrayList<Float> floatList = new ArrayList<>();
// 创建可以存储Person的ArrayList:
ArrayList<Person> personList = new ArrayList<>();

因此，泛型类就是模板类，你可以理解为此时ArrayList内部自动被赋值成这样（编译器层面）：

public class StringArrayList {
    
    private String[] array;
    private int size;
    public void add(String e) {
    ...}
    public void remove(int index) {
    ...}
    public String get(int index) {
    ...}
}

由编译器针对类型作检查：

strList.add("hello"); // OK
String s = strList.get(0); // OK，因为上面add()保证了只能添加String类型，所以无需强制转型
strList.add(new Integer(123)); // compile error!
Integer n = strList.get(0); // compile error!

这样一来，既实现了编写一次万能匹配，又能通过编译器保证类型安全：这就是泛型。

形式参数类型和实际参数类型

泛型是一种技术，而可以理解为对泛型类和泛型接口的统称，类似ArrayList 中的T不叫泛型，而是叫做类型参数，也叫形式类型参数。

使用泛型时，比如ArrayList，T被替换为String，可以看做是对T的“赋值”，这里的String称为实际类型参数(actual type parameter)。

实际类型参数用来为类型参数赋值，把ArrayList由泛化通用的模板变为特定类型的类。

你还可以把泛型理解为：变量是对数据的抽取，而泛型是对变量类型的抽取，抽取成类型参数，抽象层次更高。

源码解析：ArrayList与泛型

文章中经过一次次演化，我们的ArrayList最终变成了这样：

public class ArrayList<T> {
    
    private T[] array;
    private int size;
    public void add(T e) {
    ...}
    public void remove(int index) {
    ...}
    public T get(int index) {
    ...}
}

ArrayList内部实际上仍然沿用了之前的Object[]。

那么，ArrayList为什么还能进行类型约束和自动类型转换呢？

上面提到泛型是对变量类型的抽取，它把原本必须确定的变量类型(比如String)弄成了变量E，最终等到了代码模板。

但是有人就会质疑了，对象类型不确定，jvm怎么创建对象呢？

要回答这个问题，我们必须了解Java的两个阶段：编译期、运行期。你可以理解为Java代码运行有4个要素：
● 源代码
● 编译器
● 字节码
● 虚拟机

也就是说java有两台很重要的机器，编译器和虚拟机。

在代码编写阶段，我们确实引入了泛型对变量类型进行泛型抽取，让泛型不是特定的

public class ArrayList<T> {
    
    private T[] array;
    private int size;
    public void add(T e) {
    ...}
    public void remove(int index) {
    ...}
    public T get(int index) {
    ...}
}

模板定好后，如果我们希望这个ArrayList只处理String类型，就传入类型参数，把T“赋值为”String，比如ArrayList，此时你可以理解为代码变成了这样：

public class ArrayList<String> {
    
    private String[] array;
    private int size;
    public void add(String e) {
    ...}
    public void remove(int index) {
    ...}
    public String get(int index) {
    ...}
}

但事实是这样的吗？

我们必须去了解泛型的底层机制。

泛型擦除与自动类型转换

我们来研究以下代码：

public class GenericDemo {
    

    public static void main(String[] args) {
    
        UserDao userDao = new UserDao();
        User user = userDao.get(new User());
        List<User> list = userDao.getList(new User());
    }

}

class BaseDao<T> {
    

    public T get(T t){
    
        return t;
    }

    public List<T> getList(T t){
    
        return new ArrayList<>();
    }
}


class UserDao extends BaseDao<User> {
    

}

class User{
    

}

通过反编译工具，反编译字节码得到：

public class GenericDemo {
    
	// 编译器会为我们自动加上无参构造器
    public GenericDemo() {
    }

    public static void main(String args[]) {
    
        UserDao userDao = new UserDao();
        /**
         * 1.原先代码是 User user = userDao.get(new User());
         *   编译器加上了(User)，做了类型强转
         */
        User user = (User)userDao.get(new User());
        /**
         * 2.List<User>的泛型被擦除了，只剩下List
         */
        java.util.List list = userDao.getList(new User());
    }
}

class BaseDao {
    

    BaseDao() {
    }
    
	// 编译器编译后的字节码中，其实是没有泛型的，泛型T底层其实是Object
    public Object get(Object t) {
    
        return t;
    }

    public List getList(Object t) {
    
        return new ArrayList();
    }
}

// BaseDao<User>泛型也没了
class UserDao extends BaseDao {
    
    UserDao(){
    }
}

class User {
    
    User() {
    }
}

反编译之后 ，我们发现其实泛型T在编译之后就会消失，底层其实还是Object。既然泛型底层用Object接收，那么：
● 对于ArrayList，为什么add(Integer i)会编译报错？
● 对于ArrayList，list.get(0)为什么不需要强制转型？

因为泛型本身是一种编译时的机制，是Java程序员和编译器之间的协议。

ArrayList是已经编写好的代码模板，底层还是Object[]接收元素，但我们可以通过ArrayList的语法形式，告诉编译器：“我希望你把这个ArrayList看做StringArrayList”。

换句话说，编译器会根据我们指定的实际类型参数（ArrayList中的String），自动地在编译器做好语法约束：
● ArrayList的add(E e)只能传String类型
● ArrayList的get(i)返回值一定是String（编译后自动强转，无需我们操心）

基于上面的实验，我们可以得到以下4个结论：

1. 泛型是JDK专门为编译器创造的语法糖，只在编译器期，由编译器解析，虚拟机不知情。
2. 存入：普通类继承泛型类并给变量类型赋值，就能让编译器帮忙进行类型校验。
3. 取出：代码编译时，编译器底层会根据实际类型参数，自动进行类型转换，无需程序员在外部手动强转
4. 实际上，编译后的Class文件还是JDK1.5以前的样子，虚拟机看到的仍然是Object。

我们可以通过反射跳过泛型的约束：

public class GenericClassDemo {
    
    public static void main(String[] args) throws Exception {
    
        ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("张三");
        list.add("李四");
//        list.add(1);//报错

        //泛型的约束只存在与编译阶段，底层仍然是Object，在运行期间可以往list中存放任意类型的数据
        //通过反射跳过泛型约束
        Method me = list.getClass().getDeclaredMethod("add", Object.class);
        me.invoke(list,1);

        for (Object s : list) {
    
            System.out.println(s);
        }
    }
}

泛型和多态

经过上面的介绍，你会觉得泛型只是和编译器有关，但实际上泛型的成功离不开多态。
泛型固然强悍，既能约束入参，又能对返回值进行i自动强转。但你有没有想过，对于编译器的智能转换，其实是需要多态的支持的。

多态的代码模板本质就是：用Object接收一切对象，用泛型+编译器限定特定对象，用多态支持类型强转。

当泛型完成了“编译时检查”和“编译时自动类型转换”的作用后，底层还是要多态来支持。

你可以理解为泛型有以下作用：

1. 抽取代码模板：代码复用并且可以通过类型参数与编译器达成约定
2. 类型校验：编译时阻止不匹配元素进入Object[]
3. 类型强转：根据泛型自动强转(多态，向下转型)

但实际运行时，Object[]接收特定类型的元素，体现了多态，取出Object[]元素并强转，也体现了多态。

泛型真的把对象类型弄成了变量吗

通过反编译能够看到，其实根本没有所谓的泛型类型T，底层还是Object，所以当我们new 一个ArrayList时，JVM根本不会傻傻等着T被确定.T作为类型参数，只作用于编译阶段，用来限制存入和强转取出，JVM是感知不到的。

所以对于泛型类本身，它的类型是确定的，就是Object或Object[]数组。

一点补充

为什么泛型不支持基本类型？
我们太依赖于泛型只能使用引用类型，但不知道为什么？

以ArrayList为例：底层还是用Object[]数据接收，存进去时Object obj = new User()，体现了多态，取出来时，没有记住，就可以变成转成(Cat)obj了，就强转异常了，于是JDK1.5引入了泛型，在编译期进行约束并帮我们自动强转。

可以说，本身泛型的引入就是为了解决引用类型强转易出错的问题，也就自然不会考虑基本类型。

也有一种说法是：JDK1.5不仅引入了泛型，同时也引入了自动拆装箱特性，所以int完全可以用integer代替，也就无需支持int了。

但归根结底，Java泛型之所以无法支持基本类型，还是因为存在泛型擦除，底层仍是Object，而基本类型无法直接赋值给Object类型，导致JDK只能用自动拆装箱特性来弥补，而自动拆装箱会带来性能损耗。

泛型边界

学习一下泛型通配符。

简单泛型

假设有一个需求：设计一个print方法打印任意类型的List。
你可能会结合之前的认识，这样设计：

public  class Demo{
    
	 public static void main(String[] args) {
    
        List<Integer> integerList = new ArrayList<>();
        print(integerList);
    }
	public static void print(List<Integet> list){
    
		//打印
	}
}

看着没有问题，但是会报错：

你想了想，Object是所有对象的父类，我改成List吧：

这是为什么呢？
实际编码时，常见的错误写法如下：

// 错误写法1：间接传递（通常发生在方法传参，比如将stringList传给print(List<Object> list)）
List<String> stringList = new ArrayList<>();
List<Object> list = stringList;
// 错误写法2：直接赋值
List<Object> list = new ArrayList<String>();

总之，list引用和实例指向的list容器类型必须一致(赋值操作左右两边的类型必须一致)。

这就和我们前面了解的就有点异样了，泛型底层是Object/Object[]数组，所以上面的几种写法归根到底都是Object[]赋值给Object[]，理论上是没有问题的。

既然底层都支持了，为什么编译器要禁止这种写法呢？

思考：

首先，Object和String之间确实有继承关系，但List和List没有，不能用多态的思维考虑这个问题（List和ArrayList才是继承/实现关系）。
对于：
List list = new ArrayList();

左边List的意思是希望编译器帮它约束存入的元素类型为Object，而右边new ArrayList()则希望约束存入的类型为String，此时就会出现两个约束标准，而它们却是对同一个List的约束，是自相矛盾的。

泛型的指向和存取

前面在介绍泛型的时候，我们观察的维度只有存入和取出，实际上泛型还有一个很重要的约束：指向。

千万别以为List 只能存number类型的数据，只要是number子类都可以存，因为对于List取出的时候统一向上转型为number类型，很安全。

对于简单泛型而言：
● List指向：只能指向List，左右两边泛型必须一致（所以简单泛型解决不了print(List<???> list)的通用性问题）
● List存入：可以存入Integer/Long/BigDecimal…等Number子类元素
● List取出：自动按Number转（存在多态，不会报错）

通配符

既然泛型强制要求左右两边类型参数必须一致，是否意味着永远无法封装一个方法打印任意类型的List？如何既能享受泛型的约束（防止出错），又能保留一定的通用性呢？

答案是：通配符

List、BaseDao这样的称为简单泛型，把extends、super、?称为通配符。
而简单泛型和通配符组合后又可以得到更为复杂的泛型，比如? extends T、? super T、?等。简而言之，通配符可以用来调节泛型的指向和存取之间的矛盾。

extends：上边界通配符

通配符所谓的上边界、下边界其实是对“指向”来说的。比如

List<? extends Number> list = new ArrayList<Integer>(); 

extends是上边界通配符，所以对于List<? extends Number>，元素类型的天花板就是Number，右边List的元素类型只能比Number“低”。

换句话说，List<? extends Number>只能指向List、List等子类型List，不能指向List、List。

  记忆方法： List<? extends Number> list = ...，把?看做右边List的元素（暂不确定，用?代替），? extends Number表示右边元素必须是Number的子类。

你可能会问了：
之前简单泛型List不能指向List，怎么到了extends这就可以了。这不扯淡吗？

其实换个角度就是，Java规定简单泛型左右类型必须一致，但有些情况又要考虑通用性，所以又搞出了extends，允许List<? extends Number>指向子类型List。

extends小结：
● List<? extends Number>指向：Java允许extends指向子类型List，比如List<? extends Number>允许指向List
● List<? extends Number>存入：禁止存入（防止出错）
● List<? extends Number>取出：由于指向的都是子类型List，所以按Number转肯定是正确的

相比简单泛型，extends虽然能大大提高指向的通用性，但为了防止出错，不得不禁止存入元素，也算是一种取舍。换句话说，print(List<? extends Number> list)对于传入的list只能做读操作，不能做写操作。

super：下边界通配符

super是下边界通配符，所以对于List<? super Integer>，元素类型的地板就是Integer，右边List的元素类型只能比Integer“高”。换句话说，List<? super Integer>只能指向List、List等父类型List。

记忆方法： List<? super Integer> list = …，把?看做右边List的元素（暂不确定，用?代替），? super Integer表示右边元素必须是Integer的父类。

super的特点是：
● List<? super Integer>指向：只能指向父类型List，比如List、List
● List<? super Integer>存入：只能存Integer及其子类型元素
● List<? super Integer>取出：只能转Object

?：无界通配符

?就很简单了。它类似于List<? extends Object>，允许指向任意类型的List。

● 由于指向的List不确定，并且这些List没有共同的子类，所以找不到一种类型的元素，能保证add()时百分百不出错，所以禁止存入。
● 由于指向的List不确定，并且这些List没有共同的父类（除了Object），所以只能用Object接收。

泛型类和泛型方法

回顾一下泛型类是怎么出现的

话说JDK1.5以前，还没引入泛型时ArrayList大概是这样的：

public class ArrayList {
    
    private Object[] array;
    private int size;
    public void add(Object e) {
    ...}
    public void remove(int index) {
    ...}
    public Object get(int index) {
    ...}
}

它有这个最大的问题是：无法限制传入的元素类型、取出时又容易发生ClassCastException。最直观的做法是使用期望类型的元素数组，比如：

public class StringArrayList {
    
    // 因为这种ArrayList只存String，所以不需要用Object[]兼容所有类型，只要String[]即可
    private String[] array;
    private int size;
    public void add(String e) {
    ...}
    public void remove(int index) {
    ...}
    public String get(int index) {
    ...}
}

但不可能为所有类型都编写专门的XxxArrayList，于是JDK就推出了泛型：抽取一种类模板，方法、变量都写好了，但变量的类型抽取成“形式类型参数”：

public class ArrayList<T> {
    
    private Object[] array; // 本质还是Object数组，只对add/get做约束。就好比垃圾桶本身并没有变化，只是加了检测器做投递约束
    private int size;
    public void add(T e) {
    ...}
    public void remove(int index) {
    ...}
    public T get(int index) {
    ...}
}

再配合编译器做约束：比如ArrayList表示告诉编译器，帮我盯着点，我只存取User类型的元素。
简而言之，泛型类的出现就是为了“通用”，而且还能在编译期约束元素的类型。

“泛型类的方法”并不是泛型方法

class BaseDao<T> {
    
    public T get(T t) {
    
        
    }
    
    public boolean save(T t) {
    
        
    }
}

方法里的T和类上的T是同一个，也正因为多个方法操作的POJO类型一致，所以才会被抽取到类上统一声明。

这个T具体是什么类型或者说里面的get()、save()到底操作什么类型的POJO，取决于BaseDao到底被谁继承。比如：

class UserDao extends BaseDao<User> {
    
}

那么UserDao从BaseDao继承过来的get()、save()其实已经被约束为“只能操作User类型的元素”。

但要清楚，上面的get()、save()只是“泛型类的方法”，而不是所谓的“泛型方法”。

什么是泛型方法

泛型类上的其实是一种声明，如果把类型参数T也看做一种特殊的变量，那么就是变量声明（不是我们一般概念中的变量声明，一个作用于运行期，一个作用于编译期）。

由于泛型类上已经声明了T，所以类中的字段、方法都可以自由使用T。但是当T被“赋值”为某种类型后，就会在编译器的帮助下形成一种强制类型约束，此时这个通用的代码模板也就不再通用了。因而你会发现，对于编译器而言UserDao extends BaseDao里的方法只能操作User，CarDao extends BaseDao里的方法只能操作Car。

这好吗？一般来说，这很好，因为一个Dao操作的肯定是同一张表同一个对象，限定为某个类型反而能避免出错。但大家想想，如果不是BaseDao，而是一个工具类呢？BaseUtils提供通用的操作，XxUtils extends BaseUtils固然没问题，但如果XxUtils希望提供一个方法处理Yy怎么办？如果还想处理Zz呢？

问题的症结并不在于后期想要处理什么类型或者有多少种类型，而是T被过早确定了，从而早早地放弃了“可变性”。

因为对于泛型类的T来说，当UserDao继承BaseDao或者XxUtils继承BaseUtils时，T就被确定为User和Xx了，且已经拒绝了其他可能性，也就无法复用于其他类型。

那么，有没有办法延迟T的确定呢？

有，但泛型类的T已经没办法了，需要另辟蹊径，引入泛型方法。

和泛型类一样，泛型方法使用类型参数前也需要“声明”（要放在返回值的前面）：

public class DemoForGenericMethod {
    

    public static void main(String[] args) {
    
        List<String> list = new ArrayList<>(Arrays.asList("1", "2", "3", "4", "5"));
        List<String> stringList = reverseList(list);
    }

    /**
     * 一个普通类，也可以定义泛型方法（比如静态泛型方法）
     * @param list
     * @param <T>
     * @return
     */
    public static <T> List<T> reverseList(List<T> list) {
    
        List<T> newList = new ArrayList<>();
        for (int i = list.size() - 1; i >= 0; i--) {
    
            newList.add(list.get(i));
        }
        return newList;
    }

}

泛型方法中T的确定时机是使用方法时。

泛型方法和泛型类没有必然联系，你可以理解为这两个东西可以各自使用，也可以硬把它们凑在一块，不冲突：

class BaseDao<T> {
    
    // 泛型类的方法
    public T get(T t) {
    

    }

    /**
     * 泛型方法，无返回值，所以是void。<E>出现在返回值前，表示声明E变量
     * @param e
     * @param <E>
     */
    public <E> void methodWithoutReturn(E e) {
    
        
    }

    /**
     * 泛型方法，有返回值。入参和返回值都是V。注意，即使这个方法也用E，也和上面的E不是同一个
     * @param v
     * @param <V>
     * @return
     */
    public <V> V methodWithReturn(V v) {
    
        return v;
    }
}

泛型类与泛型方法的使用场景

比如，在做数据访问层的时候，对一种类型的实体有一系列统一的访问方法，此时采用泛型类会比较合适，而对于接口的统一结果封装则采用泛型方法比较合适，比如：

@Data
@NoArgsConstructor
public class Result<T> implements Serializable {
    

    private Integer code;
    private String message;
    private T data;

    private Result(Integer code, String message, T data) {
    
        this.code = code;
        this.message = message;
        this.data = data;
    }

    private Result(Integer code, String message) {
    
        this.code = code;
        this.message = message;
        this.data = null;
    }

    /**
     * 带数据成功返回
     * 请注意，虽然泛型方法也用了T，但和Result<T>里的没关系
     * 这里之所以这么写，是因为实际开发时你们会见到很多这种“迷惑性”的写法，放出来作为“反例”，推荐最好使用其他符号，比如K
     *
     * @param data
     * @param <T>
     * @return
     */
    public static <T> Result<T> success(T data) {
    
        return new Result<>(ExceptionCodeEnum.SUCCESS.getCode(), ExceptionCodeEnum.SUCCESS.getDesc(), data);
    }
}