引言
  泛型是Java中一个非常重要的知识点,在Java集合类框架中泛型被广泛应用。本文我们将从零开始来看一下Java泛型的设计,将会涉及到通配符处理,以及让人苦恼的类型擦除。
  泛型基础
  泛型类
  我们首先定义一个简单的Box类:
  public class Box {
  private String object;
  public void set(String object) { this.object = object; }
  public String get() { return object; }
  }
  这是常见的做法,这样做的一个坏处是Box里面现在只能装入String类型的元素,今后如果我们需要装入Integer等其他类型的元素,还必须要另外重写一个Box,代码得不到复用,使用泛型可以很好的解决这个问题。
  public class Box<T> {
  // T stands for "Type"
  private T t;
  public void set(T t) { this.t = t; }
  public T get() { return t; }
  }
  这样我们的Box类便可以得到复用,我们可以将T替换成任何我们想要的类型:
  Box<Integer> integerBox = new Box<Integer>();
  Box<Double> doubleBox = new Box<Double>();
  Box<String> stringBox = new Box<String>();
  泛型方法
  看完了泛型类,接下来我们来了解一下泛型方法。声明一个泛型方法很简单,只要在返回类型前面加上一个类似<K, V>的形式行了:
  public class Util {
  public static <K, V> boolean compare(Pair<K, V> p1, Pair<K, V> p2) {
  return p1.getKey().equals(p2.getKey()) &&
  p1.getValue().equals(p2.getValue());
  }
  }
  public class Pair<K, V> {
  private K key;
  private V value;
  public Pair(K key, V value) {
  this.key = key;
  this.value = value;
  }
  public void setKey(K key) { this.key = key; }
  public void setValue(V value) { this.value = value; }
  public K getKey()   { return key; }
  public V getValue() { return value; }
  }
  我们可以像下面这样去调用泛型方法:
  Pair<Integer, String> p1 = new Pair<>(1, "apple");
  Pair<Integer, String> p2 = new Pair<>(2, "pear");
  boolean same = Util.<Integer, String>compare(p1, p2);
  或者在Java1.7/1.8利用type inference,让Java自动推导出相应的类型参数
  Pair<Integer, String> p1 = new Pair<>(1, "apple");
  Pair<Integer, String> p2 = new Pair<>(2, "pear");
  boolean same = Util.compare(p1, p2);
  边界符
  现在我们要实现这样一个功能,查找一个泛型数组中大于某个特定元素的个数,我们可以这样实现:
  public static <T> int countGreaterThan(T[] anArray, T elem) {
  int count = 0;
  for (T e : anArray)
  if (e > elem)  // compiler error
  ++count;
  return count;
  }
  但是这样很明显是错误的,因为除了short, int, double, long, float, byte, char等原始类型,其他的类并不一定能使用操作符>,所以编译器报错,那怎么解决这个问题呢?答案是使用边界符。
  public interface Comparable<T> {
  public int compareTo(T o);
  }
  做一个类似于下面这样的声明,这样等于告诉编译器类型参数T代表的都是实现了Comparable接口的类,这样等于告诉编译器它们都至少实现了compareTo方法。
  public static <T extends Comparable<T>> int countGreaterThan(T[] anArray, T elem) {
  int count = 0;
  for (T e : anArray)
  if (e.compareTo(elem) > 0)
  ++count;
  return count;
  }
  通配符
  在了解通配符之前,我们首先必须要澄清一个概念,还是借用我们上面定义的Box类,假设我们添加一个这样的方法:
  public void boxTest(Box<Number> n) { /* ... */ }
  那么现在Box<Number> n允许接受什么类型的参数?我们是否能够传入Box<Integer>或者Box<Double>呢?答案是否定的,虽然Integer和Double是Number的子类,但是在泛型中Box<Integer>或者Box<Double>与Box<Number>之间并没有任何的关系。这一点非常重要,接下来我们通过一个完整的例子来加深一下理解。
  首先我们先定义几个简单的类,下面我们将用到它:
  class Fruit {}
  class Apple extends Fruit {}
  class Orange extends Fruit {}
  下面这个例子中,我们创建了一个泛型类Reader,然后在f1()中当我们尝试Fruit f = fruitReader.readExact(apples);编译器会报错,因为List<Fruit>与List<Apple>之间并没有任何的关系。
  public class GenericReading {
  static List<Apple> apples = Arrays.asList(new Apple());
  static List<Fruit> fruit = Arrays.asList(new Fruit());
  static class Reader<T> {
  T readExact(List<T> list) {
  return list.get(0);
  }
  }
  static void f1() {
  Reader<Fruit> fruitReader = new Reader<Fruit>();
  // Errors: List<Fruit> cannot be applied to List<Apple>.
  // Fruit f = fruitReader.readExact(apples);
  }
  public static void main(String[] args) {
  f1();
  }
  }
  但是按照我们通常的思维习惯,Apple和Fruit之间肯定是存在联系,然而编译器却无法识别,那怎么在泛型代码中解决这个问题呢?我们可以通过使用通配符来解决这个问题:
  static class CovariantReader<T> {
  T readCovariant(List<? extends T> list) {
  return list.get(0);
  }
  }
  static void f2() {
  CovariantReader<Fruit> fruitReader = new CovariantReader<Fruit>();
  Fruit f = fruitReader.readCovariant(fruit);
  Fruit a = fruitReader.readCovariant(apples);
  }
  public static void main(String[] args) {
  f2();
  }
  这样相当与告诉编译器, fruitReader的readCovariant方法接受的参数只要是满足Fruit的子类行(包括Fruit自身),这样子类和父类之间的关系也关联上了。
  PECS原则
  上面我们看到了类似<? extends T>的用法,利用它我们可以从list里面get元素,那么我们可不可以往list里面add元素呢?我们来尝试一下:
  public class GenericsAndCovariance {
  public static void main(String[] args) {
  // Wildcards allow covariance:
  List<? extends Fruit> flist = new ArrayList<Apple>();
  // Compile Error: can't add any type of object:
  // flist.add(new Apple())
  // flist.add(new Orange())
  // flist.add(new Fruit())
  // flist.add(new Object())
  flist.add(null); // Legal but uninteresting
  // We Know that it returns at least Fruit:
  Fruit f = flist.get(0);
  }
  }
  答案是否定,Java编译器不允许我们这样做,为什么呢?对于这个问题我们不妨从编译器的角度去考虑。因为List<? extends Fruit> flist它自身可以有多种含义:
  · List<? extends Fruit> flist = new ArrayList<Fruit>();
  · List<? extends Fruit> flist = new ArrayList<Apple>();
  · List<? extends Fruit> flist = new ArrayList<Orange>();
  当我们尝试add一个Apple的时候,flist可能指向new ArrayList<Orange>();
  当我们尝试add一个Orange的时候,flist可能指向new ArrayList<Apple>();
  当我们尝试add一个Fruit的时候,这个Fruit可以是任何类型的Fruit,而flist可能只想某种特定类型的Fruit,编译器无法识别所以会报错。
  所以对于实现了<? extends T>的集合类只能将它视为Producer向外提供(get)元素,而不能作为Consumer来对外获取(add)元素。
  如果我们要add元素应该怎么做呢?可以使用<? super T>:
  public class GenericWriting {
  static List<Apple> apples = new ArrayList<Apple>();
  static List<Fruit> fruit = new ArrayList<Fruit>();
  static <T> void writeExact(List<T> list, T item) {
  list.add(item);
  }
  static void f1() {
  writeExact(apples, new Apple());
  writeExact(fruit, new Apple());
  }
  static <T> void writeWithWildcard(List<? super T> list, T item) {
  list.add(item)
  }
  static void f2() {
  writeWithWildcard(apples, new Apple());
  writeWithWildcard(fruit, new Apple());
  }
  public static void main(String[] args) {
  f1(); f2();
  }
  }
  这样我们可以往容器里面添加元素了,但是使用super的坏处是以后不能get容器里面的元素了,原因很简单,我们继续从编译器的角度考虑这个问题,对于List<? super Apple> list,它可以有下面几种含义:
  · List<? super Apple> list = new ArrayList<Apple>();
  · List<? super Apple> list = new ArrayList<Fruit>();
  · List<? super Apple> list = new ArrayList<Object>();
  当我们尝试通过list来get一个Apple的时候,可能会get得到一个Fruit,这个Fruit可以是Orange等其他类型的Fruit。
  根据上面的例子,我们可以总结出一条规律,”Producer Extends, Consumer Super”:
  · “Producer Extends” – 如果你需要一个只读List,用它来produce T,那么使用? extends T。
  · “Consumer Super” – 如果你需要一个只写List,用它来consume T,那么使用? super T。
  · 如果需要同时读取以及写入,那么我们不能使用通配符了。
  如何阅读过一些Java集合类的源码,可以发现通常我们会将两者结合起来一起用,比如像下面这样:
  public class Collections {
  public static <T> void copy(List<? super T> dest, List<? extends T> src) {
  for (int i=0; i<src.size(); i++)
  dest.set(i, src.get(i));
  }
  }