带你快速看完9.8分神作《Effective Java》—— 泛型篇(一)

简介: 我个人在Java领域也已经学习了近5年,在修炼“内功”的方面也通过各种途径接触到了一些编程规约,例如阿里巴巴的泰山版规约,在此基础下读这本书的时候仍是让我受到了很大的冲激,学习到了很多约定背后的细节问题,还有一些让我欣赏此书的点是,书中对于编程规约的解释让我感到十分受用,并愿意将他们应用在我的工作中,也提醒了我要把阅读JDK源码的任务提上日程。

26 不要使用原始类型(如List)



每一种泛型类型都定义一个原生态类型,例如List<String>对应的原生态类型就是List,他们的存在主要是为了与泛型出现之前的代码兼容。


有了泛型之后,类型声明中可以包含信息,而不是通过注释去提醒:


private final Collection<Stamp> stamps = ....


从这个声明中,编译器知道stamps 集合应该只包含Stamp 实例,错误的插入会生成一个编译时错误消息,提醒具体是哪里出错了


Test.java:9: error: incompatible types: Coin cannot be converted to Stamp
c.add(new Coin());
         ^


如果使用诸如List 之类的原始类型,则会丢失类型安全性,但是如果使用参数化类型(例如List)则不会


原始类型List和参数化类型List 之间有什么区别呢?

前者逃避了泛型检查,而后者明确地告诉编译器,它能够保存任何类型的对象。


可以将List<String> 传递给List 类型的参数,但不能将其传递给List<Object> 类型的参数。泛型有子类型化的规则,List<String> 是原始类型 List 的子类型,但不是参数化类型List<Object> 的子类型


为了更直观的说明,给出下面的代码:



public static void main(String[] args) {
        List<String> strings = new ArrayList<>();
        unsafeAdd(strings, Integer.valueOf(42));
        String s = strings.get(0); // Has compiler-generated cast
    }
    private static void unsafeAdd(List list, Object o) {
        list.add(o);
    }


如果运行该程序,则当程序尝试调用strings.get(0)的结果(一个Integer)转换为一个String 时,会得到ClassCastException 异常。


39.png

如果在unsafeAdd的声明中的参数化类型List 替换原始类型List,则编译器直接就会给出报错信息:


40.png

但在不确定或不在意集合中元素类型时,可能会用到原始类型。例如编写一个返回两个集合中重复元素个数的程序:


static int numElementsInCommon(Set s1, Set s2) {
int result = 0;
for (Object o1 : s1)
  if (s2.contains(o1))
    result++;
return result;
}

这种方法使用原始类型,是危险的。安全替代方式是使用无限制通配符类型(unbounded wildcard types)。如果要使用泛型类型,但不知道或关心实际类型参数是什么,则可以使用问号来代替。例如,泛型类型 Set<E> 的无限制通配符类型是Set<?>


static int numElementsInCommon(Set<?> s1, Set<?> s2){...}


注意:不能把任何元素(除null之外)放入一个Collection<?>,编译器也会报错:


41.png


“不要使用原始类型”这条规则有几个特例情况:

1. 必须在类签名(class literals)中使用原始类型

例如List.class,String[].class 和int.class 都是合法的,但List<String>.class 和List<?>.class 不合法


2. 因为泛型类型信息在运行时被擦除,所以在<?>以外的参数化类型上使用instanceof是非法的

下面是使用泛型类型的instanceof 运算的示例:


if (o instanceof Set) { // Raw type
  Set<?> s = (Set<?>) o; // Wildcard type
  ...
}


一旦确定 o 对象是一个Set,则必须将其转换为通配符Set<?>。这是一个强制转换,所以不会导致编译器警告。



27 消除非受检的警告


这一条告诉我们如何处理非受检的警告。


使用泛型编程时,会看到许多编译器警告:


unchecked cast warning,非受检强制转换警告

非受检方法调用警告

unchecked parameterized vararg type warning,非受检参数化可变参数类型警告

unchecked conversion warning,非受检转换警告


很多非受检警告很容易消除,例如:


Set<Lark> exaltation = new HashSet();

编译器会提醒做错了什么:


33.png


根据编译器提示修改:


Set<Lark> exaltation = new HashSet<>();


有些警告非常难消除,但还是要秉承尽可能消除每一个受检警告的原则,如果不能消除警告,但确信引发警告的代码是类型安全的,那么用@SuppressWarnings(“unchecked”)注解来禁止这条警告。


如果在不止一行的方法或构造函数中使用了@SuppressWarnings(“unchecked”),可以将它移动到一个局部变量的声明中。


例如ArrayList的toArray方法:


public <T> T[] toArray(T[] a) {
    if (a.length < size)
        // Make a new array of a's runtime type, but my contents:
        return (T[]) Arrays.copyOf(elementData, size, a.getClass());
    System.arraycopy(elementData, 0, a, 0, size);
    if (a.length > size)
        a[size] = null;
    return a;
}


编译器会有这样一条警告:


ArrayList.java:305: warning: [unchecked] unchecked cast
  return (T[]) Arrays.copyOf(elements, size, a.getClass());
required: T[]
found: Object[]


@SuppressWarnings(“unchecked”)注解放在return语句中是不合法的,因为它不是一个声明,也不要把注解放在整个方法上,而是应该声明一个局部变量来保存返回值,在局部变量上面添加注解:


public <T> T[] toArray(T[] a) {
  if (a.length < size) {
    // This cast is correct because the array we're creating
    // is of the same type as the one passed in, which is T[].
    @SuppressWarnings("unchecked") T[] result = (T[]) Arrays.copyOf(elements, size, a.getClass());
    return result;
  }
  System.arraycopy(elements, 0, a, 0, size);
  if (a.length > size)
    a[size] = null;
  return a;
}

每当使用@SuppressWarnings(“unchecked”) 注解时,都要写一下注释,说明为什么这么做是安全的。



28 列表优于数组


数组与泛型有很大的不同:


1. 数组是协变的(covariant)


意思是:如果Sub是Super的子类型,则数组类型Sub[] 是数组类型Super[] 的子类型。


2. 泛型是不变的(invariant)


对于任何两种不同的类型Type1 和Type2,List<Type1> 既不是List<Type2> 的子类型也不是父类型。



现在有两段代码:


Object[] objectArray = new Long[1];
objectArray[0] = "I don't fit in"; 
List<Object> ol = new ArrayList<Long>(); // Incompatible types
ol.add("I don't fit in");


无论哪种方式都会报错,因为不能把一个String 类型放到一个Long 类型容器中,但是用一个数组的话,在运

行时才会报错;对于列表,可以在编译时就能发现错误。



3. 数组是具体化的,在运行时才知道和强化他们的类型

就比如上面的代码,将String保存到Long数组中就会得到ArrayStoreException异常


4. 泛型在编译时就强化它的类型信息,并在运行时擦除它的元素类型信息



由于上面这些区别,数组和泛型不能很好地混用,所以new List<E>[],new List<String>,new E[]这些语法都是错误的!在编译时会产生一个泛型数组创建错误。


非法的原因是它不安全,以下面这段代码为例:


List<String>[] stringLists = new List<String>[1];   // (1)
List<Integer> intList = List.of(42);        // (2)
Object[] objects = stringLists;           // (3)
objects[0] = intList;                 // (4)
String s = stringLists[0].get(0);           // (5)


假设第1行创建一个泛型数组是合法的

第2行创建并初始化包含单个元素的List<Integer>

第3行将List<String> 数组存储到Object数组变量中,这是合法的,因为数组是协变的

第4行将List<Integer> 存储在Object数组的唯一元素中,这是因为泛型是通过擦除来实现的:List<String>[] 实例是List[],所以这个赋值不会产生ArrayStoreException 异常

现在问题就来了,我们将一个List<Integer> 实例存储到一个声明为List<String> 实例的数组中,为了防止这种情况出现,第一行必须报错。


E,List<E> 和List<String> 等在技术上被称为不可具体化的类型,指其运行时表示法包含的信息比它的编译时表示法包含的信息更少。唯一可具体化的参数化类型是无限制的通配符类型,如List<?>等,创建无限制通配符类型的数组是合法的,但并不常用。



当泛型数组创建错误时,最佳解决方案是使用集合类型List<E> 。例如编写一个带有集合的Chooser类和一个方法,方法返回集合中随机选择的一个元素。


public class Chooser {
    private final Object[] choiceArray;
    public Chooser(Collection choices) {
        choiceArray = choices.toArray();
    }
    public Object choose() {
        Random rnd = ThreadLocalRandom.current();
        return choiceArray[rnd.nextInt(choiceArray.length)];
    }
}

上面这种写法必须将choose方法的返回值从Object转换成每次调用该方法时想要的类型


public class Chooser<T> {
  private final T[] choiceArray;
  public Chooser(Collection<T> choices) {
    choiceArray = choices.toArray();
  }
  // choose 方法不变
}

上面的类会报错:


42.png


如果加一条强制类型转换的话:


choiceArray = (T[]) choices.toArray();


仍有报警信息:


43.png


要消除上面的警告,需要用列表代替数组:


public class Chooser<T> {
    private final List<T> choiceList;
    public Chooser(Collection<T> choices) {
        choiceList = new ArrayList<>(choices);
    }
    public T choose() {
        Random rnd = ThreadLocalRandom.current();
        return choiceList.get(rnd.nextInt(choiceList.size()));
    }
}


总结一下,数组和泛型有着截然不同的类型规则:

1. 数组是协变且可以具体化的

2. 泛型是不可变的且可以被擦除的


29 优先考虑泛型


每个程序员都应该学习如何编写泛型


以一个简单的栈类实现为例:


public class Stack {
    private Object[] elements;
    private int size = 0;
    private static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;
    public Stack(){
        elements = new Object[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY];
    }
    public void push(Object e){
        ensureCapacity();
        elements[size ++] = e;
    }
    public Object pop(){
        if (size == 0)
            throw new EmptyStackException();
        Object result = elements[-- size];
        elements[size] = null;
        return result;
    }
    public boolean isEmpty(){
        return size == 0;
    }
    private void ensureCapacity() {
        if (elements.length == size)
            elements = Arrays.copyOf(elements,  2 * size + 1);
    }
}

第一步用相应的类型参数替换所有的Object类型:


public class Stack<E> {
    private E[] elements;
    private int size = 0;
    private static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;
    public Stack(){
        elements = new E[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY];
    }
    public void push(E e){
        ensureCapacity();
        elements[size ++] = e;
    }
    public E pop(){
        if (size == 0)
            throw new EmptyStackException();
        E result = elements[-- size];
        elements[size] = null;
        return result;
    }
  // 其他的不变
}

这个类产生一个错误:


44.png

如条目28所述,你不能创建一个不可具体化类型E的数组。解决这个问题一般有两个方法:

1. 创建一个Object数组,将它转换成泛型数组类型


45.png


这里需要确保unckecked cast不会危及程序的安全性:相关的数组(elements)保存在一个private的域中,永远不会返回给客户端或传递给任何其他方法。

由于构造方法只包含未经检查的数组创建,所以在整个构造方法中抑制警告。


46.png


2. 将elements的类型从E[] 更改为Object[]

这样会得到一条不同的错误:


47.png


可以把从数组中获取到的元素强制转换为E,这样就得到了一条警告:


48.png

根据第27条,只在这个局部上抑制警告,而不是在整个pop方法上:


49.png


上面两个方法,第一个方法可读性更强:数组被声明为E[ ]类型以清晰地表示它只包含E实例;第一个方法更简洁:第一种方法只需在创建数组的时候转换一次,第二种方法每次读取一个数组元素时都需要转换一次。


Stack类的具体用法如下,下列代码以倒叙形式打印出命令行参数:


public static void main(String[] args) {
   Stack<String> stack = new Stack<>();
    for (String arg : args){
        stack.push(arg);
    }
    while (!stack.isEmpty())
        System.out.println(stack.pop().toUpperCase());
}

有一些泛型限制了可允许的类型参数值,例如:


class DelayQueue<E extends Delayed> implements BlockingQueue<E>

要求实际的类型参数E 是java.util.concurrent.Delayed的子类型



相关文章
|
23天前
|
安全 Java 编译器
揭秘JAVA深渊:那些让你头大的最晦涩知识点,从泛型迷思到并发陷阱,你敢挑战吗?
【8月更文挑战第22天】Java中的难点常隐藏在其高级特性中,如泛型与类型擦除、并发编程中的内存可见性及指令重排,以及反射与动态代理等。这些特性虽强大却也晦涩,要求开发者深入理解JVM运作机制及计算机底层细节。例如,泛型在编译时检查类型以增强安全性,但在运行时因类型擦除而丢失类型信息,可能导致类型安全问题。并发编程中,内存可见性和指令重排对同步机制提出更高要求,不当处理会导致数据不一致。反射与动态代理虽提供运行时行为定制能力,但也增加了复杂度和性能开销。掌握这些知识需深厚的技术底蕴和实践经验。
44 2
|
19天前
|
安全 Java Go
Java&Go泛型对比
总的来说,Java和Go在泛型的实现和使用上各有特点,Java的泛型更注重于类型安全和兼容性,而Go的泛型在保持类型安全的同时,提供了更灵活的类型参数和类型集的概念,同时避免了运行时的性能开销。开发者在使用时可以根据自己的需求和语言特性来选择使用哪种语言的泛型特性。
34 7
|
1月前
|
存储 算法 Java
14 Java集合(集合框架+泛型+ArrayList类+LinkedList类+Vector类+HashSet类等)
14 Java集合(集合框架+泛型+ArrayList类+LinkedList类+Vector类+HashSet类等)
36 2
14 Java集合(集合框架+泛型+ArrayList类+LinkedList类+Vector类+HashSet类等)
|
18天前
|
存储 安全 Java
如何理解java的泛型这个概念
理解java的泛型这个概念
|
23天前
|
存储 缓存 Java
|
24天前
|
安全 Java
【Java 第六篇章】泛型
Java泛型是自J2 SE 1.5起的新特性,允许类型参数化,提高代码复用性与安全性。通过定义泛型类、接口或方法,可在编译时检查类型安全,避免运行时类型转换异常。泛型使用尖括号`&lt;&gt;`定义,如`class MyClass&lt;T&gt;`。泛型方法的格式为`public &lt;T&gt; void methodName()`。通配符如`?`用于不确定的具体类型。示例代码展示了泛型类、接口及方法的基本用法。
10 0
|
24天前
|
Java
【Java基础面试四十五】、 介绍一下泛型擦除
这篇文章解释了Java泛型的概念,它解决了集合类型安全问题,允许在创建集合时指定元素类型,避免了类型转换的复杂性和潜在的异常。
|
24天前
|
Java
【Java基础面试四十四】、 说一说你对泛型的理解
这篇文章解释了Java泛型的概念,它解决了集合类型安全问题,允许在创建集合时指定元素类型,避免了类型转换的复杂性和潜在的异常。
|
1月前
|
Java
【Java】内部类、枚举、泛型
【Java】内部类、枚举、泛型
|
2月前
|
安全 Java
Java进阶之泛型
【7月更文挑战第10天】Java泛型,自Java 5引入,旨在提升类型安全和代码重用。通过泛型,如List&lt;String&gt;,可在编译时捕获类型错误,防止ClassCastException。泛型包括泛型类、接口和方法,允许定义参数化类型,如`class className&lt;T&gt;`,并用通配符&lt;?&gt;、extends或super限定边界。类型擦除确保运行时兼容性,但泛型仅做编译时检查。使用泛型能增强类型安全性,减少强制转换,提高性能。
28 1