在 Java 中，如何创建泛型对象与泛型数组

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创建泛型对象
创建泛型数组
完整源代码
总结

很多人应该很清楚，在 Java 中，是不能直接创建泛型对象和泛型数组的。原因是 Java 有类型擦除，任何泛型类型在擦除之后就变成了 Object 类型，因此创建泛型对象就相当于创建了一个 Object 类型的对象。创建 Object 类型的对象通常没有任何意义，所以直接创建泛型对象的行为被编译器禁止。泛型数组也是一样。

不能创建泛型对象，意味着下面的代码是非法的。

// 设 T 为已被“赋值”的泛型变量
T targetObject = new T(...); // 因为类型擦除，所以 new T(...) 会退化为 new Object(...)

从某种意义上说，Java 实际上并没有真正实现泛型。Java 中的泛型只是基于面向对象语言共有的允许“向上引用”的语法而已。因为 Java 中所有的对象都直接或间接继承自 Object 类，所以基于这种技术的泛型变得可行。也因为这样，在 Java 中的很多情况下，可以使用 Object 类来代替使用泛型。

真正的泛型并不是无法实现的，例如 C++ 就已经实现了真正的泛型，它将其称为 模板。为什么 Java 不实现真正的泛型技术呢？第一，Java 与 C 家族的语言相比，Java 相对而言不是一个更注重算法的语言，因此使用泛型的场景不是太多。例如，Java 的语法默认支持的是浅拷贝。与动不动就调用 复制构造函数、=运算符重载函数 的 C++ 相比，Java 更喜欢直接复制对象的引用（指针）值，来重用之前的对象，因此，真正需要创建对象的情况不多。第二，真正实现泛型之后，之前涉及泛型的代码将不能用。对于市场占有率岌岌可危的 Java 的来说，将会极大地损失用户，带来灾难性的后果。

不过，由于 Java 还有其它丰富语法，因此这并不是没有办法。

创建泛型对象

Java 8 之前：使用反射创建

在 Java 8 之前，使用反射就可以创建泛型对象。操作模板如下：

设 T 的某个构造器的参数分别为类 A、类 B 的对象。类 A、类 B 均有公有的无参数构造器，且 A、B 均不是泛型（变量）：

// classT 为已有 Class 对象，函数 getClassT 代表一个返回 Class 对象的函数
Class<T> classT = getClassT(); 
// aObject 为已有对象，函数 getFirstParameter 代表一个返回 A 对象的函数
A aObject = getFirstParameter();
// bObject 为已有对象，函数 getSecondParameter 代表一个返回 B 对象的函数
B bObject = getSecondParameter();

// “通过类来获得类对象”：使用 T 的有参数构造器来创建对象
Object targetObj = classT
        .getConstructor(A.class, B.class)
        .newInstance(aObject, bObject);

这种办法为什么可以创建泛型对象

为什么这样做可行呢？原因是，擦除的类在虚拟机中仍然保留有原先泛型的微弱记忆，因此如果使用反射技术就可以找到原先的类，并调用其构造函数来创建该类对象。这就相当于说，多年失散的父子可能第一眼不能相认，但仍然可以通过亲子鉴定来确定他们的关系。

在 Java 8 之后：使用 IoC 技术创建

在 Java 8 之后，Java 终于有了久违的 lambda 表达式。使用 lambda 表达式及其变体也可以用于间接创建泛型对象。

有些读者可能对此不太理解，这里从一个简单的示例开始，最后来讲它的原理。

首先先定义一个示例类：

package org.wangpai.genericcreator.model;

public class DemoObject {
    public DemoObject() {
        this.msg = "本对象是使用无参构造器创建的";
    }

    public DemoObject(String para1, String para2) {
        this.msg = para1 + para2;
    }

    private String msg = "这是 DemoObject";

    public void show() {
        System.out.println(this.msg);
    }
}

注意：本 DemoObject 类有一个无参构造器。Java 8 提供了一个名为 Supplier<T> 的泛型接口，它同时也是一个 函数式接口。它有一个无参方法 get 可用于返回一个泛型对象，条件是需要实现这个接口。这很简单，由于支持 lamdba 的语法，可以提供一种 构造器引用。就像这样。

public static <T> T createGenericObject(Supplier<T> genericObjectCreator) {
    return genericObjectCreator.get();
}

DemoObject demoObject1 = GenericCreator.createGenericObject(DemoObject::new);

前面有言，DemoObject 支持一个无参构造器，因此 Supplier<T> 接口将使用这个构造器来创建 DemoObject 对象。

请注意，Supplier<T> 接口本身没有任何魅力，它只是一个没有任何实现的接口，它也不是一个 native 方法。是我们提供了创建 DemoObject 对象的方法实现。因此，并一定非要使用 Supplier<T> 接口，我们可以自己定义一个接口。

Supplier<T> 接口的方法是无参的，所以它一般说来只能调用无参构造器，我们可以设计一个有参接口。

接口

package org.wangpai.genericcreator.model;

@FunctionalInterface
public interface DemoObjectConstructor<T> {
    T constructor(String firstPara, String secondPara);
}

然后再提供它的 接口调用方法，以及 接口实现方法。

接口调用方法

public static <T> T createGenericObject(DemoObjectConstructor<T> genericObjectCreator,
                                        String firstPara, String secondPara) {
    return genericObjectCreator.constructor(firstPara, secondPara);
}

接口实现方法

DemoObject demoObject2 = GenericCreator.createGenericObject(
        (firstPara, secondPara) -> new DemoObject(firstPara, secondPara),
        "本对象是使用两个参数的构造器创建的。",
        "编号 002");

当然，也可以直接提供 构造器引用。

DemoObject demoObject3 = GenericCreator.createGenericObject(DemoObject::new,
        "本对象是使用两个参数的构造器创建的。", "编号 003");

综合代码如下：

package org.wangpai.genericcreator.test;

import org.wangpai.genericcreator.model.DemoObject;
import org.wangpai.genericcreator.model.GenericCreator;

public class GenericObjectTest {
    public static void main(String[] args) {
        DemoObject demoObject1 = GenericCreator.createGenericObject(DemoObject::new);
        demoObject1.show();

        DemoObject demoObject2 = GenericCreator.createGenericObject(
                (firstPara, secondPara) -> new DemoObject(firstPara, secondPara),
                "本对象是使用两个参数的构造器创建的。",
                "编号 002");
        demoObject2.show();

        DemoObject demoObject3 = GenericCreator.createGenericObject(DemoObject::new,
                "本对象是使用两个参数的构造器创建的。", "编号 003");
        demoObject3.show();
    }
}

运行结果如下：

本对象是使用无参构造器创建的
本对象是使用两个参数的构造器创建的。编号 002
本对象是使用两个参数的构造器创建的。编号 003

这种办法为什么可以创建泛型对象

不是有类型擦除，为什么还可以创建泛型对象呢？注意，这并不与“不能直接创建泛型对象”所矛盾，这实际上是基于一种 IoC 技术。上面的泛型方法实际上自身并没有直接创建泛型对象，它只是调用了一个方法，而这个方法是我们在使用这个泛型方法时才实现，且这个方法也没有创建泛型对象，它创建的是具体类型的对象，所以这不矛盾。

IoC 需要函数式编程的支持。这种办法的原理其实就是构造这样的一个方法 A，这个方法 A 假定一个方法 B 会返回一个泛型对象，因此它可以直接使用方法 B 的返回值，也就是那个泛型对象，而不需要创建它。创建这个泛型对象是由方法 B 完成的，而方法 B 的实现是在要调用方法 A 时临时完成的。因此，这个办法实际上就是在调用方法 A 的这时，提供方法 B 的实现，而这个方法 B 会创建一个具体的非泛型对象并返回，从而表现得好像方法 A 可以创建泛型对象一样。

关于函数式编程，可见笔者的另一篇博客：

Java 函数式编程入门： https://blog.csdn.net/wangpaiblog/article/details/122762637

能不能事先提供方法 B 的实现呢？不能。还是因为不能直接创建泛型对象，而又因为是泛型，所以无法知道需要创建的具体是哪个具体类的对象，所以只能在使用方法 A 时提供。因为在那时，方法 A 的使用者就知道了自己具体需要使用的类型是什么，因此就可以为其提供构造方法，这叫做泛型的实例化。

创建泛型数组

有了前面的铺垫，现在就变得很简单。因为数组本质上也是一种特殊的对象类型，所以从本质上来讲，此处的办法与前面的原理是一样的，只是使用的 API 有所不同。

Java 8 之前：使用反射创建

操作模板如下：

// classArrayT 为已有 Class 对象，函数 getArrayClassT 代表一个返回目标数组所属的 Class 对象的函数
Class<T> classArrayT = getArrayClassT(); 
// arrayLength 为已有 int 类型变量，函数 getArrayLength 代表一个返回所需数组长度的函数
int arrayLength = getArrayLength();

// 通过数组类型来创建空数组
T[] targetArray = (T[]) Array.newInstance(classArrayT.getComponentType(), arrayLength);

示例如下：

public static <T> T[] createGenericArray(Class<T[]> classArrayT, int arrayLength) {
    return (T[]) Array.newInstance(classArrayT.getComponentType(), arrayLength);
}

int length = 100;
// demoArray 为空数组，不能直接使用，还需初始化其内各元素
Demo[] demoArray = GenericCreator.createGenericArray(Demo[].class, length);

注意：这样创建之后，得到的是一个空有长度无内容的空数组，因此，后续使用该数组，还需要依次初始化该数组的各个元素。

在 Java 8 之后：使用 IoC 技术创建

因为创建空数组不需要参数，所以创建泛型数组将会比前面创建泛型变量简单。此处不再需要自定义接口了，因为 JDK 已经提供了一个 IntFunction<T[]> 接口，这个接口正好有一个 int 类型的参数。因此只需要提供它的 接口调用方法，然后直接传入一个数组的构造器即可。

接口调用方法

public static <T> T[] createGenericArray(IntFunction<T[]> genericArrayCreator, int arrayLength) {
    return genericArrayCreator.apply(arrayLength);
}

接口实现方法

int length = 10;
DemoObject[] demoArray1 = GenericCreator.createGenericArray(DemoObject[]::new, length);

但是要注意，这样创建之后，得到的是一个空有长度无内容的空数组，因此，后续使用该数组，还需要依次初始化该数组的各个元素。

不是不能实现让数组在创建时初始化。为此，需要自行编写一个返回数组的 lambda 表达式。

int length = 10;
DemoObject[] demoArray2 = GenericCreator.createGenericArray(
        arrayLength -> {
            DemoObject[] demoArray = new DemoObject[arrayLength];
            for (int order = 0; order < demoArray.length; ++order) {
                demoArray[order] = new DemoObject("本对象是使用两个参数的构造器创建的。", "编号 " + order);
            }
            return demoArray;
        }, length);

综合代码如下：

package org.wangpai.genericcreator.test;

import org.wangpai.genericcreator.model.DemoObject;
import org.wangpai.genericcreator.model.GenericCreator;

public class GenericArrayTest {
    public static void main(String[] args) {
        int length = 10;
        // demoArray1 为空数组，不能直接使用，还需初始化其内各元素
        DemoObject[] demoArray1 = GenericCreator.createGenericArray(DemoObject[]::new, length);

        DemoObject[] demoArray2 = GenericCreator.createGenericArray(
                arrayLength -> {
                    DemoObject[] demoArray = new DemoObject[arrayLength];
                    for (int order = 0; order < demoArray.length; ++order) {
                        demoArray[order] = new DemoObject("本对象是使用两个参数的构造器创建的。", "编号 " + order);
                    }
                    return demoArray;
                }, length);
        for (var demoObject : demoArray2) {
            demoObject.show();
        }
    }
}

运行结果如下：

本对象是使用两个参数的构造器创建的。编号 0
本对象是使用两个参数的构造器创建的。编号 1
本对象是使用两个参数的构造器创建的。编号 2
本对象是使用两个参数的构造器创建的。编号 3
本对象是使用两个参数的构造器创建的。编号 4
本对象是使用两个参数的构造器创建的。编号 5
本对象是使用两个参数的构造器创建的。编号 6
本对象是使用两个参数的构造器创建的。编号 7
本对象是使用两个参数的构造器创建的。编号 8
本对象是使用两个参数的构造器创建的。编号 9

测评

那么，究竟是使用反射的方案，程序运行速度快，还是使用 IoC 方案呢？很多人可能认为反射会拖慢速度，所以是使用反射更慢。不过实践是检验真理的唯一标准。

这里以创建数组为例进行了测试。由于运行结果会因机器性能、运行环境等而异，运行结果仅供参考。

@Test
void test() {
    long maxTime = 10000000000L;
    int length = 10000;
    {
        final long START_TIME = System.currentTimeMillis();
        for (long time = 0; time < maxTime; ++time) {
            GenericCreator.createGenericArray(Demo[]::new, length);
        }
        final long interval = System.currentTimeMillis() - START_TIME;
        System.out.println(String.format("测试 1 运行用时：%dms", interval));
    }

    {
        final long START_TIME = System.currentTimeMillis();
        for (long time = 0; time < maxTime; ++time) {
            GenericCreator.createGenericArray(Demo[].class, length);
        }
        final long interval = System.currentTimeMillis() - START_TIME;
        System.out.println(String.format("测试 2 运行用时：%dms", interval));
    }

    // ----------- 以上是预测试，结果不计最终测试结果。实验结果表明，方法在第一次运行时，时间会偏大很多，所以先进行一次预测试 ----------

    {
        final long START_TIME = System.currentTimeMillis();
        for (long time = 0; time < maxTime; ++time) {
            GenericCreator.createGenericArray(Demo[]::new, length);
        }
        final long interval = System.currentTimeMillis() - START_TIME;
        System.out.println(String.format("测试 1 运行用时：%dms", interval));
    }

    {
        final long START_TIME = System.currentTimeMillis();
        for (long time = 0; time < maxTime; ++time) {
            GenericCreator.createGenericArray(Demo[].class, length);
        }
        final long interval = System.currentTimeMillis() - START_TIME;
        System.out.println(String.format("测试 2 运行用时：%dms", interval));
    }
}

测试结果表明，在数组长度为 1 万、连续测试 100 亿次时，这两种方案的运行结果均大致为 3.4s，因此就运行效率而言，无论使用哪种方案都是可以的。

完整源代码

已上传至 GitHub 中，可免费下载：https://github.com/wangpaiblog/20220916_create-generic-object

总结

使用 IoC 技术间接实现创建泛型对象，总结起来，就是需要完成以下三个部分：

接口
接口调用方法
接口实现方法