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Java 泛型接口

什么是泛型接口?

泛型接口是Java中一种特殊的接口类型,它允许我们在定义接口时使用类型参数,这些参数可以在接口被实现时指定为具体的类型。这种机制提供了更高的类型安全性和代码复用能力,是Java泛型系统的重要组成部分。

泛型接口的基本语法如下:

java
interface 接口名<T1, T2, ..., Tn> {
// 接口方法和常量声明
}

其中,T1, T2, ..., Tn 是类型参数,可以在接口内部使用。

泛型接口的基本使用

让我们首先看一个简单的泛型接口示例:

java
public interface Pair<K, V> {
K getKey();
V getValue();
void setKey(K key);
void setValue(V value);
}

这个Pair接口定义了一个键值对的抽象,但并没有指定键和值的具体类型,而是使用了类型参数KV来表示。

实现泛型接口的方式

实现泛型接口有两种主要方式:

1. 实现类指定具体类型

java
public class StringIntegerPair implements Pair<String, Integer> {
private String key;
private Integer value;

public StringIntegerPair(String key, Integer value) {
this.key = key;
this.value = value;
}

@Override
public String getKey() {
return key;
}

@Override
public Integer getValue() {
return value;
}

@Override
public void setKey(String key) {
this.key = key;
}

@Override
public void setValue(Integer value) {
this.value = value;
}
}

使用示例:

java
public class Main {
public static void main(String[] args) {
StringIntegerPair pair = new StringIntegerPair("age", 25);
System.out.println(pair.getKey() + ": " + pair.getValue());

// 输出: age: 25
}
}

2. 实现类保留泛型

java
public class GenericPair<K, V> implements Pair<K, V> {
private K key;
private V value;

public GenericPair(K key, V value) {
this.key = key;
this.value = value;
}

@Override
public K getKey() {
return key;
}

@Override
public V getValue() {
return value;
}

@Override
public void setKey(K key) {
this.key = key;
}

@Override
public void setValue(V value) {
this.value = value;
}
}

使用示例:

java
public class Main {
public static void main(String[] args) {
// 创建String, Double类型的键值对
GenericPair<String, Double> salary = new GenericPair<>("月薪", 10000.5);
System.out.println(salary.getKey() + ": " + salary.getValue());

// 创建Integer, Boolean类型的键值对
GenericPair<Integer, Boolean> status = new GenericPair<>(404, false);
System.out.println(status.getKey() + ": " + status.getValue());

// 输出:
// 月薪: 10000.5
// 404: false
}
}

泛型接口中的类型擦除

需要注意的是,Java的泛型是通过类型擦除实现的。这意味着在运行时,所有的泛型信息都会被擦除,泛型类型会被替换为其上界(默认为Object)。

java
public class Main {
public static void main(String[] args) {
GenericPair<String, Integer> pair1 = new GenericPair<>("测试", 100);
GenericPair<Double, Boolean> pair2 = new GenericPair<>(3.14, true);

// 在运行时,pair1和pair2的类型信息是相同的
System.out.println(pair1.getClass() == pair2.getClass()); // 输出: true
}
}
注意

因为类型擦除的关系,不能创建泛型参数的实例,也不能使用instanceof运算符来检测一个对象是否是泛型类型的实例。

泛型接口与通配符

在使用泛型接口时,有时需要使用通配符来增加代码的灵活性:

java
public void processPairs(List<? extends Pair<String, ?>> pairs) {
for (Pair<String, ?> pair : pairs) {
System.out.println(pair.getKey() + ": " + pair.getValue());
}
}

上面的方法可以处理任何键类型为String,值类型任意的Pair对象列表。

实际应用场景

1. 数据访问层(DAO模式)

泛型接口在数据访问层模式中非常有用,可以创建通用的CRUD操作接口:

java
public interface GenericDao<T, ID> {
T findById(ID id);
List<T> findAll();
void save(T entity);
void update(T entity);
void delete(ID id);
}

具体实现:

java
public class UserDao implements GenericDao<User, Long> {
@Override
public User findById(Long id) {
// 实现查询用户的逻辑
return new User(id, "user" + id);
}

@Override
public List<User> findAll() {
// 实现查询所有用户的逻辑
return Arrays.asList(new User(1L, "user1"), new User(2L, "user2"));
}

// 其他方法实现...
}

2. 通用容器组件

泛型接口可以用于创建通用的容器组件:

java
public interface Container<T> {
void add(T item);
T get(int index);
boolean remove(T item);
int size();
}

public class SimpleContainer<T> implements Container<T> {
private List<T> elements = new ArrayList<>();

@Override
public void add(T item) {
elements.add(item);
}

@Override
public T get(int index) {
return elements.get(index);
}

@Override
public boolean remove(T item) {
return elements.remove(item);
}

@Override
public int size() {
return elements.size();
}
}

使用示例:

java
public class Main {
public static void main(String[] args) {
Container<String> names = new SimpleContainer<>();
names.add("Alice");
names.add("Bob");
names.add("Charlie");

for (int i = 0; i < names.size(); i++) {
System.out.println(names.get(i));
}

// 输出:
// Alice
// Bob
// Charlie
}
}

3. 回调机制

泛型接口在处理异步回调时很有用:

java
public interface Callback<T> {
void onSuccess(T result);
void onError(Exception e);
}

public class DataFetcher {
public void fetchData(String url, Callback<String> callback) {
try {
// 模拟异步数据获取
String data = "从 " + url + " 获取的数据";
callback.onSuccess(data);
} catch (Exception e) {
callback.onError(e);
}
}
}

使用示例:

java
public class Main {
public static void main(String[] args) {
DataFetcher fetcher = new DataFetcher();

fetcher.fetchData("https://example.com/api", new Callback<String>() {
@Override
public void onSuccess(String result) {
System.out.println("数据获取成功: " + result);
}

@Override
public void onError(Exception e) {
System.out.println("发生错误: " + e.getMessage());
}
});
}
}

泛型接口与泛型约束

我们可以使用边界来限制泛型类型参数:

java
public interface Sortable<T extends Comparable<T>> {
void sort(List<T> items);
}

public class NaturalSorter<T extends Comparable<T>> implements Sortable<T> {
@Override
public void sort(List<T> items) {
Collections.sort(items);
}
}

使用示例:

java
public class Main {
public static void main(String[] args) {
Sortable<String> stringSorter = new NaturalSorter<>();
List<String> names = new ArrayList<>(Arrays.asList("Charlie", "Alice", "Bob"));

stringSorter.sort(names);
System.out.println(names); // 输出: [Alice, Bob, Charlie]

Sortable<Integer> intSorter = new NaturalSorter<>();
List<Integer> numbers = new ArrayList<>(Arrays.asList(3, 1, 2));

intSorter.sort(numbers);
System.out.println(numbers); // 输出: [1, 2, 3]
}
}

泛型接口的多继承

接口可以同时继承多个接口,包括泛型接口:

java
public interface Identifiable<ID> {
ID getId();
}

public interface Nameable {
String getName();
}

public interface IdentifiableEntity<ID> extends Identifiable<ID>, Nameable {
void setId(ID id);
void setName(String name);
}

public class User implements IdentifiableEntity<Long> {
private Long id;
private String name;

public User(Long id, String name) {
this.id = id;
this.name = name;
}

@Override
public Long getId() {
return id;
}

@Override
public void setId(Long id) {
this.id = id;
}

@Override
public String getName() {
return name;
}

@Override
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
}

总结

泛型接口是Java泛型系统的重要组成部分,它扩展了接口的能力,使接口可以适用于多种类型而不失类型安全性。主要优点包括:

  1. 提高类型安全 - 在编译时捕获类型错误,而不是运行时
  2. 消除强制类型转换 - 减少代码中的类型转换,代码更加清晰
  3. 促进代码重用 - 同一个接口可用于多种类型
  4. 提供更好的API设计 - 创建更灵活且类型安全的API

在实际开发中,泛型接口广泛应用于集合框架、数据访问层、回调机制和各种通用组件的设计中。掌握泛型接口的使用对于编写高质量的Java代码至关重要。

练习

  1. 创建一个泛型接口Converter<S, T>,包含方法T convert(S source),用于将一种类型转换为另一种类型。
  2. 实现上述接口的几个具体类,例如StringToIntegerConverterIntegerToStringConverter
  3. 创建一个泛型接口Repository<T, ID>,模仿Spring Data JPA的接口,包含基本的CRUD操作。
  4. 为上述Repository接口实现一个简单的基于内存的实现类。

进一步学习资源

  • Java官方文档中的泛型接口部分
  • 《Effective Java》中关于泛型的章节
  • 《Java编程思想》中的泛型部分

通过深入学习泛型接口,你将能够设计出更加灵活、类型安全且可复用的Java程序。