面试官:什么是泛型擦除、泛型上界、泛型下界、PECS原则?

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了面试官:什么是泛型擦除、泛型上界、泛型下界、PECS原则?。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方,请大家不吝赐教,您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

尼恩说在前面

在40岁老架构师 尼恩的读者交流群(50+)中,最近有小伙伴拿到了一线互联网企业如阿里、滴滴、极兔、有赞、希音、百度、网易、美团的面试资格,遇到很多很重要的面试题:

问题1:什么是PECS原则? 说说具体怎么用?

问题2:什么是 泛型擦除? 说说原理?

问题3:什么是泛型上界? 什么是泛型下界?

最近又有小伙伴在面试美团,遇到了相关的面试题。

很多小伙伴说,自己对什么PECS 原则,可以说一脸懵逼,面试官不满意,面试挂了。

借着此文,尼恩给大家做一下系统化、体系化的梳理,使得大家内力猛增,展示一下雄厚的 “技术肌肉、技术实力”,让面试官爱到 “不能自已、口水直流”,然后实现”offer直提,offer自由”。

当然,这道面试题,以及参考答案,也会收入咱们的 《尼恩Java面试宝典PDF》V162版本,供后面的小伙伴参考,提升大家的 3高 架构、设计、开发水平。

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首先,从Java的泛型说起。

什么是泛型

泛型的本质是 类型参数化,解决类型爆炸的问题。

所谓泛型是指将类型参数化,以达到代码复用提高软件开发工作效率的一种数据类型。

比如: 如果我们的代码中存在很多的 食物类型, 继承关系如下

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然后我们要定义一个盘子 plate,注意这个盘子除了 装入食物food之外,还可以装其他的比如 小玩具。

为了装不同类型的食物,我们需要定义不同的盘子:

1) 装水果的盘子  FruitPlate2) 装肉的盘子  MeatPlate3) 装苹果的盘子  ApplePlate4) 装香蕉的盘子  BananaPlate

.....N) 装云南苹果的盘子  YunnanFruitPlate

这就是盘子类型的 类型爆炸。

如何解决上面的类型爆炸问题呢? 这就要用到泛型。

那么盘子里的东西的类型,我们就用泛型

//盘子里的东西
private T someThing;

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从这个例子看到:泛型是一种类型占位符,或称之为类型参数

如何使用呢?

public static void main(String[] args) {

    //创建一个装肉的盘子
    PlateDemo1<Meat> plateDemo1 =new PlateDemo1<>(new Pork());

    //创建一个装水果的盘子
    PlateDemo1<Fruit> plateDemo2 =new PlateDemo1<>(new Apple());

}

所谓泛型,就是 数据类型 指定为一个参数,在不创建新类的情况下,通过创建变量的时候去确定 数据的具体类型。

也就是说,在创建对象或者调用方法的时候才明确下具体的类型。

泛型定义:泛型类、泛型接口、泛型方法

泛型定义格式:

<类型>:指定一种类型的格式,这里的类型可以看做是形参

<类型1,类型2…>:指定多种类型的格式,多种类型之间用逗号隔开。定义的时候是泛型形参

这个泛型形参,将来具体调用时候,需要有给定的类型,那个给定的具体的Java类型可以看出是实参。

泛型可以在类、接口、方法中使用,分别称为泛型类、泛型接口、泛型方法。

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第一类:泛型类
定义格式:

修饰符 class 类名<类型> { }

上面的例子就是 泛型类

//盘子,可以装 任何东西,包括 食物 其他
class PlateDemo1<T> {

    //盘子里的东西
    private T someThing;
}

第二类:泛型方法

定义格式:

修饰符 <泛型类型> 返回值类型 方法名(类型 变量名) { }

示例代码:

public <T> void demo(T t) { 
    ...
} 

第三类:泛型接口

定义格式:

修饰符 interface 接口名<类型> { }

示例代码:

public interface Generic<T> { 
    void demo(T t); 
}

泛型接口的实现类

public class GenericImpl<T> implements Generic<T> { 
    public void demo(T t) { 
      ...
    } 
}

为啥不用Object做泛型化?

没有泛型的情况的下,好像Object也能实现简单的 泛化。

通过定义为类型Object的引用,来实现参数的“任意化”。

比如上面的例子的 泛型类

//盘子,可以装 任何东西,包括 食物 其他
class PlateDemo1<T> {

    //盘子里的东西
    private T someThing;
}

通过定义为类型Object的引用,来实现参数的“任意化”,结果如下

//盘子,可以装 任何东西,包括 食物 其他
class PlateDemo1   {

    //盘子里的东西
    private Object  someThing;
}

Object实现参数的 “泛型化”、“任意化”带来的缺点是:要做显式的强制类型转换。

参数类型强制转换有一个大大降低代码复用性和扩展性的坏处:

  • 首先,要求开发者对实际参数类型可预知。
  • 其次,不利于未来的 扩展。

泛型的两大好处

而引入泛型后,有如下好处:

1、避免了强制类型转换,提高代码的复用性和扩展性

泛型中,所有的类型转换都是自动和隐式的,不需要强制类型转换,可以提高代码的重用率,再加上明确的类型信息,代码的可读性也会更好。

2、把运行时期的问题提前到了编译期,编译时的类型检查,使程序更加健壮

使用普通的Object泛化,对于强制类型转换错误的情况,编译期不会提示错误,在运行的时候才出现异常,这是一个安全隐患。

泛型的好处是在编译期检查类型安全,并能捕捉类型不匹配的错误,避免运行时抛出类型转化异常ClassCastException,将运行时错误提前到编译时错误,消除安全隐患。

正是由于以上两点原因,泛型得到了广泛的应用。

比如Java中,所有的标准集合接口都是泛型化的:Collection<V>List<V>Set<V>Map<K,V>

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泛型的上界/ 上界通配符(Upper Bounds Wildcards)

现在我定义一个“水果盘子”,用来装苹果, 逻辑上水果盘子当然可以装苹果。

那么,一个“装苹果的盘子”,能转换成一个“装水果的盘子”吗?

看下面的例子

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那么,一个“装苹果的盘子”,能转换成一个“装水果的盘子”吗? 答案是不行的。

编译器 的逻辑是这样的:

  • 苹果 is-a 水果
  • 装苹果的盘子 not is-a 装水果的盘子

也就是说:就算 苹果 is-a 水果,但容器之间是没有继承关系的。

怎么办?这里用到了 泛型上界。 泛型上界是这么定义的:

<?extends 基类B> 

<?extends 基类B> 表示泛型实参类型的上界是“基类B”,

换句话说,泛型实参的类型,可能是“基类B” 或者是“基类B”的子类;

修改之后的例子如下,使用 泛型上界通配符(Upper Bounds Wildcards)后,编译器就不报错误了:

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使用(Upper Bounds Wildcards)通配符作为泛型实参,所定义 PlateDemo1<? extends Fruit> 引用,可以 覆盖下图中方框内部的所有子类的 泛型对象。

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<?extends T> 表示类型的上界,参数化类型可能是T 或者是 T的子类;

PlateDemo1<? extends Fruit> 引用,可以 覆盖下图中方框内部的所有子类的 泛型对象,编译器都不报错,下面的代码如下:

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为啥<? extends Fruit> 叫做 上界,而不叫下届? 原因是: 这个通配符,定义了实参的类型上限 为 Fruit,具体如下图:

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上界通配符(Upper Bounds Wildcards)的问题

上界通配符(Upper Bounds Wildcards)的作用,实现了 子类泛型对象 到 父类Java泛型对象之间的引用转换。

但是,这样的引用转换也有一定的副作用。

具体如下:

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通过例子可以看到:

(1)往基类盘子,set( ) 任何对象,都 失效了

(2)从基类盘子,get ( ) 对象的引用,返回 类型是上界对象, 这个还是 可以的

简单来说: 上界<? extends T>不能往里存,只能往外取

所以,上界通配符(Upper Bounds Wildcards)什么时候用,什么时候不用呢:

(1)当从集合中获取元素进行操作的时候用,可以用当前元素的类型接收,也可以用当前元素的父类型接收。

(2)往集合中添加元素时,不能用上界通配符(Upper Bounds Wildcards)。

泛型的下界/ 下界通配符(Lower Bounds Wildcards)

往集合中添加元素时,不能用上界通配符(Upper Bounds Wildcards)。

怎么办呢? Java也提供了一种通配符,叫做 泛型的下界/ 下界通配符(Lower Bounds Wildcards)。

泛型上界是这么定义的:

<super 子类C> 

<?super 子类C> 表示泛型实参类型的下界是“子类C”,

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<? super T> 表示 T是类型下边界,参数化类型是此T类型的超类型,直至object;

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尼恩认为下面的这一张图,下界的感觉更加强烈一些:

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下界/ 下界通配符(Lower Bounds Wildcards)的问题

下界/ 下界通配符(Lower Bounds Wildcards) 作用,实现了 复类泛型对象 到 子类Java泛型对象之间的引用转换。

但是,这样的引用转换也有一定的副作用。

具体如下:

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通过例子可以看到:

(1)往基类盘子,set( ) 任何子类对象,都是OK的

(2)从基类盘子,get ( ) 对象的引用是编译错误的,除非是Object类型

简单来说:下界<? super T>可以往里存,但不能向外取,要取只能取Object对象

所以,下界/ 下界通配符(Lower Bounds Wildcards)什么时候用,什么时候不用呢:

(1)当往集合中添加元素时候用,既可以添加T类型对象,又可以添加T的子类型对象

(2)当从集合get ( ) 对象的引用时,不能用上界通配符(Upper Bounds Wildcards)。除非get 的是Object类型

PECS原则

PECS原则的全称是Producer Extends Consumer Super,很多小伙伴从没听说过,面试的时候,只要面试官一问,大部分都是一脸懵逼。

什么是PECS(Producer Extends Consumer Super)原则?PECS原则全称"Producer Extends, Consumer Super",即上界生产,下界消费。

  • Producer Extends 上界生产,就是 生产者使用 “? extends T”通配符。

  • Consumer Super 下界消费,就是消费者使用 “? super T”通配符

最终PECS (Producer Extends Consumer Super ) 原则

  • 频繁往外读取内容的,适合用上界Extends。
  • 经常往里插入的,适合用下界Super。

在阿里编程规范中,就有这么一条:

【强制】泛型通配符<? extends T>来接收返回的数据,此写法的泛型集合不能使用 add 方法, 而<? super T>不能使用 get 方法,两者在接口调用赋值的场景中容易出错。

1. Producer Extends 上界生产

Producer Extends 上界生产,就是 生产者使用 “? extends T”通配符。

以“? extends T”声明的集合,不能往此集合中添加元素,所以它也只能作为生产者,如下:

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所以,使用 “? extends T” 上界,能轻松地成为 producer 生产者,完成

  • 读取元素

  • 迭代元素

这就是 Producer Extends 上界生产,就是 生产者使用 “? extends T”通配符。

2. Consumer Super 下界消费,就是消费者使用 “? super T”通配符

在通配符的表达式中,只有“? super T”能添加元素,所以它能作为消费者(消费其他通配符集合)。

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当然,针对采用“? super T”通配符的集合,对其遍历时需要多一次转型。

总之 PECS就是:

1、频繁往外读取内容的,适合用上界Extends。

2、经常往里插入的,适合用下界Super

明白了泛型、泛型的上界,泛型的下届之后, 尼恩带大家来回答这个面试的核心问题: 什么是泛型的擦除。

泛型的类型擦除

前面讲到,泛型的本质是 类型参数化,解决类型爆炸的问题。比如: 如果我们的代码中存在很多的 食物类型, 继承关系如下

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没有泛型,为了实现去装不同类型的食物,我们需要定义不同的盘子:

1) 装水果的盘子  FruitPlate2) 装肉的盘子  MeatPlate3) 装苹果的盘子  ApplePlate4) 装香蕉的盘子  BananaPlate

.....N) 装云南苹果的盘子  YunnanFruitPlate

如何解决上面的类型爆炸问题呢? 这就要用到泛型。

而使用泛型,我们定义一个就可以了:

//盘子,可以装 任何东西,包括 食物 其他
class PlateDemo1<T> {

    //盘子里的东西
    private T someThing;

    public PlateDemo1(T t) {
        someThing = t;
    }
    ....
}

这样,就避免 了 盘子类型的 类型爆炸。尤其在Java中的集合类,如果不用泛型,不知道要定义多少的具体集合类。

那么 Java中的泛型,有一个 类型擦除 的特点:

  • java的泛型,只在编译期有效。

  • 编译之后的字节码,已经抹除了泛型信息。

所谓的类型擦除(type erasure),指的是泛型只在编译时起作用,在进入JVM之前,泛型会被擦除掉,根据泛型定义的形式而被替换为相应的类型。这也说明了Java的泛型其实是伪泛型。

类型擦除简单来说,泛型类型在逻辑上可以看成是多个不同的类型,实际上都是相同类型。

比如:

Food food = new Fruit(); // 没问题
ArrayList<Food> list= new ArrayList<Fruit>(); // 报错

或者说下面的ArrayList ,在逻辑上看,可以看成是多个不同的类型,实际上都是相同类型

ArrayList<Food> list1
ArrayList<Fruit> list2
ArrayList<Apple> list3
.....

泛型类型在逻辑上可以看成是多个不同的类型,但实际上都是相同的类型。

看下面的例子

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类型参数在运行中并不存在,这意味着:

  • 运行期间,泛型不会添加任何的类型信息;
  • 不能依靠泛型参数,进行类型转换。

Java泛型的实现是靠类型擦除技术实现的,类型擦除是在编译期完成的,泛型擦除怎么做呢?

  • 在编译期,编译器会将泛型的类型参数都擦除成它指定的原始限定类型
  • 如果没有指定的原始限定类型则擦除为Object类型,之后在获取的时候再强制类型转换为对应的类型,
  • 因此生成的Java字节码中是不包含泛型中的类型信息的,即运行期间并没有泛型的任何信息。

无界泛型擦除

当泛型类型被声明为一个具体的泛型标识,或一个无界通配符时,泛型类型将会被替代为Object

这也比较容易理解,如 List<?>,PlateDemo1<?>, 当获取元素的时,因为不能够确定具体的类型,所以只能使用Object来接收,

在擦除的时候也是一样的道理,无法确定具体类型,所以擦除泛型时会将其替换为Object类型,如:

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上界擦除

当泛型类型被声明为一个上界通配符时,泛型类型将会被替代为相应上界的类型。

主要,这里的上界,指的是用于类型定义场景里边的上界:

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而不是变量定义场景里边用到到泛型上界,如下:

 List<? extends Fruit> producer =...;

用泛型上界定义class的时候,指的是用于类型定义,泛型类型将会被替代为相应上界的类型。

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下界擦除

下界通配符的擦除,同无界通配符

下届只能定义引用的时候用,在定义类型的时候用不了,所以下界擦除只能替换为Object

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下界擦除只能替换为Object

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说在最后:老马识途,有问题找老架构求助

以上的内容,如果大家能对答如流,如数家珍,基本上 面试官会被你 震惊到、吸引到。

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