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引言

泛型是Java中一个很是重要的知识点，在Java集合类框架中泛型被普遍应用。本文咱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

咱们首先定义一个简单的Box类：

这是最多见的作法，这样作的一个坏处是Box里面如今只能装入String类型的元素，从此若是咱们须要装入Integer等其余类型的元素，还必需要另外重写一个Box，代码得不到复用，使用泛型能够很好的解决这个问题。

这样咱们的Box类即可以获得复用，咱们能够将T替换成任何咱们想要的类型：

泛型方法

看完了泛型类，接下来咱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相似的形式就好了：

咱们能够像下面这样去调用泛型方法：

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：

边界符

如今咱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，咱们能够这样实现：

可是这样很明显是错误的，由于除了short, int, double, long, float, byte, char等原始类型，其余的类并不必定能使用操做符>，因此编译器报错，那怎么解决这个问题呢？答案是使用边界符。

作一个相似于下面这样的声明，这样就等于告诉编译器类型参数T表明的都是实现了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。

通配符

在了解通配符以前，咱们首先必需要澄清一个概念，仍是借用咱们上面定义的Box类，假设咱们添加一个这样的方法：

那么如今Box n容许接受什么类型的参数？咱们是否可以传入Box或者Box呢？答案是否认的，虽然Integer和Double是Number的子类，可是在泛型中Box或者Box与Box之间并无任何的关系。这一点很是重要，接下来咱们经过一个完整的例子来加深一下理解。

首先咱们先定义几个简单的类，下面咱们将用到它：

这样就至关与告诉编译器， fruitReader的readCovariant方法接受的参数只要是知足Fruit的子类就行(包括Fruit自身)，这样子类和父类之间的关系也就关联上了。

PECS原则

上面咱们看到了相似的用法，利用它咱们能够从list里面get元素，那么咱们可不能够往list里面add元素呢？咱们来尝试一下：

答案是否认，Java编译器不容许咱们这样作，为何呢？对于这个问题咱们不妨从编译器的角度去考虑。由于Listflist它自身能够有多种含义：

当咱们尝试add一个Apple的时候，flist可能指向new ArrayList

当咱们尝试add一个Orange的时候，flist可能指向new ArrayList

当咱们尝试add一个Fruit的时候，这个Fruit能够是任何类型的Fruit，而flist可能只想某种特定类型的Fruit，编译器没法识别因此会报错。
因此对于实现了的集合类只能将它视为Producer向外提供(get)元素，而不能做为Consumer来对外获取(add)元素。

若是咱们要add元素应该怎么作呢？可使用：

这样咱们能够往容器里面添加元素了，可是使用super的坏处是之后不能get容器里面的元素了，缘由很简单，咱们继续从编译器的角度考虑这个问题，对于List list，它能够有下面几种含义：

当咱们尝试经过list来get一个Apple的时候，可能会get获得一个Fruit，这个Fruit能够是Orange等其余类型的Fruit。

根据上面的例子，咱们能够总结出一条规律，”Producer Extends, Consumer Super”：

“Producer Extends” – 若是你须要一个只读List，用它来produce T，那么使用? extends T。

“Consumer Super” – 若是你须要一个只写List，用它来consume T，那么使用? super T。

若是须要同时读取以及写入，那么咱们就不能使用通配符了。

如何阅读过一些Java集合类的源码，能够发现一般咱们会将二者结合起来一块儿用，好比像下面这样：

类型擦除

Java泛型中最使人苦恼的地方或许就是类型擦除了，特别是对于有C++经验的程序员。类型擦除就是说Java泛型只能用于在编译期间的静态类型检查，而后编译器生成的代码会擦除相应的类型信息，这样到了运行期间实际上JVM根本就知道泛型所表明的具体类型。这样作的目的是由于Java泛型是1.5以后才被引入的，为了保持向下的兼容性，因此只能作类型擦除来兼容之前的非泛型代码。对于这一点，若是阅读Java集合框架的源码，能够发现有些类其实并不支持泛型。
说了这么多，那么泛型擦除究竟是什么意思呢？咱们先来看一下下面这个简单的例子：

编译器作完相应的类型检查以后，实际上到了运行期间上面这段代码实际上将转换成：

这意味着无论咱们声明Node仍是Node，到了运行期间，JVM通通视为Node。有没有什么办法能够解决这个问题呢？这就须要咱们本身从新设置bounds了，将上面的代码修改为下面这样：

这样编译器就会将T出现的地方替换成Comparable而再也不是默认的Object了：

上面的概念或许仍是比较好理解，但其实泛型擦除带来的问题远远不止这些，接下来咱们系统地来看一下类型擦除所带来的一些问题，有些问题在C++的泛型中可能不会碰见，可是在Java中却须要格外当心。

问题一

在Java中不容许建立泛型数组，相似下面这样的作法编译器会报错：

为何编译器不支持上面这样的作法呢？继续使用逆向思惟，咱们站在编译器的角度来考虑这个问题。

咱们先来看一下下面这个例子：

对于上面这段代码仍是很好理解，字符串数组不能存放整型元素，并且这样的错误每每要等到代码运行的时候才能发现，编译器是没法识别的。接下来咱们再来看一下假设Java支持泛型数组的建立会出现什么后果：

假设咱们支持泛型数组的建立，因为运行时期类型信息已经被擦除，JVM实际上根本就不知道new ArrayList()和new ArrayList()的区别。相似这样的错误假如出现才实际的应用场景中，将很是难以察觉。

若是你对上面这一点还抱有怀疑的话，能够尝试运行下面这段代码：

问题二

继续复用咱们上面的Node的类，对于泛型代码，Java编译器实际上还会偷偷帮咱们实现一个Bridge method。

看完上面的分析以后，你可能会认为在类型擦除后，编译器会将Node和MyNode变成下面这样：

实际上不是这样的，咱们先来看一下下面这段代码，这段代码运行的时候会抛出ClassCastException异常，提示String没法转换成Integer：

若是按照咱们上面生成的代码，运行到第3行的时候不该该报错(注意我注释掉了第4行)，由于MyNode中不存在setData(String data)方法，因此只能调用父类Node的setData(Object data)方法，既然这样上面的第3行代码不该该报错，由于String固然能够转换成Object了，那ClassCastException究竟是怎么抛出的？

实际上Java编译器对上面代码自动还作了一个处理：

这也就是为何上面会报错的缘由了，setData((Integer) data);的时候String没法转换成Integer。因此上面第2行编译器提示unchecked warning的时候，咱们不能选择忽略，否则要等到运行期间才能发现异常。若是咱们一开始加上Node n = mn就行了，这样编译器就能够提早帮咱们发现错误。
问题三

正如咱们上面提到的，Java泛型很大程度上只能提供静态类型检查，而后类型的信息就会被擦除，因此像下面这样利用类型参数建立实例的作法编译器不会经过：

可是若是某些场景咱们想要须要利用类型参数建立实例，咱们应该怎么作呢？能够利用反射解决这个问题：

咱们能够像下面这样调用：

实际上对于上面这个问题，还能够采用Factory和Template两种设计模式解决，感兴趣的朋友不妨去看一下Thinking in Java中第15章中关于Creating instance of types(英文版第664页)的讲解，这里咱们就不深刻了。

问题四

咱们没法对泛型代码直接使用instanceof关键字，由于Java编译器在生成代码的时候会擦除全部相关泛型的类型信息，正如咱们上面验证过的JVM在运行时期没法识别出ArrayList和ArrayList的之间的区别：

和上面同样，咱们可使用通配符从新设置bounds来解决这个问题：

工厂模式

接下来咱们利用泛型来简单的实现一下工厂模式，首先咱们先声明一个接口Factory：

接下来咱们来建立几个实体类FuelFilter和AirFilter以及FanBelt和GeneratorBelt。

Part类的实现以下，注意咱们上面的实体类都是Part类的间接子类。在Part类咱们注册了咱们上面的声明的实体类。因此之后咱们若是要建立相关的实体类的话，只须要在调用Part类的相关方法了。这么作的一个好处就是若是的业务中出现了CabinAirFilter或者PowerSteeringBelt的话，咱们不须要修改太多的代码，只须要在Part类中将它们注册便可。

最后咱们来测试一下：

总结：看完有什么不懂的欢迎在下方留言评论哦！