Java1.5版本中增加了泛型。在沒有泛型之前，從集合中讀取到的每一個對象都必須進行轉換。如果不小心插入了錯誤類型的對象，在運行時的轉換處理就會出錯。有了泛型之后，可以告訴編譯器每個集合中可以接受哪些對象類型，編譯器自動為插入操作進行轉換，并在編譯時告知是否插入了類型錯誤的對象，使得程序更加安全，代碼意圖也更加清楚。
由編譯器進行類型匹配與檢查，若對象類型錯誤，編譯時即可發現錯誤，而非要等到運行時。
本章內容導圖：
1.不要在新代碼中使用原生態類型
泛型類/接口：聲明中具有一個或者多個類型參數的類/接口
每種泛型定義一組參數化的類型，如List<String>，讀作字符串列表，表示元素類型為String的列表。
每個泛型都定義一個原生態類型，即不帶任何實際類型參數的泛型名稱。如與List<E>相對應的原生態類型就是List。
原生態類型沒有泛型在安全性和表述性方面的優勢，它的存在僅是為了兼容引入泛型之前的遺留代碼，不應在新代碼中繼續使用。
//使用原生態類型
private final List stamps = new ArrayList();
stamps.add( new Stamp() );
stamps.add( new Coin() ); //可以正常添加
Stamp stamp = (Stamp)stamps.get(1); //運行時錯誤，拋出ClassCastException。
//使用泛型
private final List<Stamp> stamps = new ArrayList<Stamp>();
stamps.add( new Stamp() );
stamps.add( new Coin() ); //提示錯誤，無法通過編譯
Stamp stamp = stamps.get(0); //使用時無需進行手工轉換
由上述代碼可以看出，使用泛型的兩個好處為：
1.由編譯器確保插入正確的元素類型
2.從集合獲取元素時不再需要手工轉換了
如果要使用泛型，但不確定或不關心實際的類型參數，可以使用一個?代替，稱作無限制的通配符類型，如泛型Set<E>的無限制通配符類型為Set<?>，讀作某個類型的集合。通配符類型是安全的，原生態類型不安全。
不在新代碼中使用原生態類型這條規則有兩種例外情況：
1.在類文字中必須使用原生態類型
//正確的用法
List.class
String[].class
int.class
//錯誤的用法
List<String.class>
List<?>.class
2.在instanceof操作符中必須使用原生態類型
if (o instanceof Set) {
Set<?> m = (Set<?>)o;
}
上述兩種例外都是源于泛型信息可以在運行時被擦除。
使用原生態類型會在運行時導致異常，因此不要在新代碼中使用。
原生態類型只是為了與引入泛型之前的遺留代碼進行兼容和互用而提供的。
Set<Object>是個參數化類型，表示可以保護任意對象類型的一個集合；
Set<?>則是一個通配符類型，表示只能包含某種未知對象類型的一個集合；
Set則是個原生態類型。
2.消除非受檢警告
用泛型編程時，會遇到很多編譯器警告：
非受檢強制轉換警告
非受檢方法調用警告
非受檢普通數組創建警告
非受檢轉換警告
要盡可能地消除每一個非受檢警告，這可以確保代碼是類型安全的，意味著代碼在運行時不會出現ClassCastException異常。
現代IDE工具都會提示這種警告信息，使用泛型時，如有這種非受檢警告，按照IDE工具的提示逐個消除就可以了。
//含警告信息的泛型使用
Set<Lark> exaltation = new HashSet();
//消除警告信息的、類型安全的泛型使用
Set<Lark> exaltation = new HashSet<Lark>();
SuppressWarnings注解可以用在任何粒度的級別中，從單獨的局部變量聲明到整個類的定義都可以。應該始終在盡可能小的范圍中使用SuppressWarnings注解，永遠不要在整個類上使用SuppressWarnings，因為這么做可能會掩蓋重要的警告信息。
每當使用SuppressWarnings("unchecked")注解時，都要添加一條注釋，說明為什么這么做是安全的。這樣做可以幫助他人理解代碼，更重要的是，可以盡量減少其他人修改代碼后導致計算不安全的概率。
非受檢警告很重要，不要忽略它們。每一條警告都表示可能在運行時拋出ClassCastException異常，要盡最大的努力消除這些警告。如果無法消除非受檢警告，同時又足以證明引起警告的代碼是類型安全的，就可以在盡可能小的范圍中，用@SuppressWarnings("unchecked")注解禁止該警告，并把禁止該警告的原因注釋記錄下來。
3.列表優先于數組
數組與泛型相比，有兩個重要的不同點：
1.數組是協變的
協變指的是如果Sub為Super的子類型，那么數組類型Sub[]就是Super[]的子類型；
泛型是不可變的，對于任意兩個不同的類型Type1和Type2，List<Type1>既不是List<Type2>的子類型，也不是List<Type2>的超類型。
2.數組是具體化的
數組在運行時才知道并檢查它們的元素類型約束；
泛型則通過類型擦除來實現，它在編譯時強化它們的類型信息，在運行時丟棄（或擦除）它們的元素類型信息。
由于數組的協變性和具體化，它是有缺陷的：
//數組具有協變性，Object是Long的父類，聲明合法
Object[] objectArray = new Long[1];
//Long[] 退化為Object[]，此處賦值也是合法的
objectArray[0] = "I don't fit in";
上述代碼可以通過編譯，但運行時卻拋出ArrayStoreException。
改為列表后，則無法通過編譯時的類型檢查：
//無法通過編譯，List<Object>和List<Long>是不同的類型
List<Object> ol = new ArrayList<Long>();
ol.add("I don't fit in");
因為數組和泛型之間有著根本性的區別，數組和泛型不能很好地混合使用。如下列類型的表達式都是非法的：new List<E>[]、new List<String>[]、new E[]。
創建泛型數組是非法的，是因為泛型數組不是類型安全的。如下代碼所示：
List<String>[] strLists = new List<String>[1]; //假設此處合法
List<Integer> intList = Arrays.asList(42);
Object[] objects = strLists; //數組是協變的，此處合法
objects[0] = intList;
String s = strLists[0].get(0); //運行時ClassCastException異常
當得到泛型數組創建錯誤時，最好的解決辦法通常是優先使用集合類型List<E>，而不是數組類型E[]。這樣可能會損失一些性能或簡潔性，但換回的卻是更高的類型安全性和互用性。
數組和泛型有著非常不同的類型規則。數組是協變且可以具體化的；泛型是不可變的且可以被擦除的。因此，數組提供了運行時的類型安全，但沒有編譯時的類型安全，對于泛型也一樣。
一般來說，數組和泛型不能很好地混合使用，如果將它們混合使用，且得到了編譯器的錯誤或警告，第一反應就應該是用列表代替數組。
4.優先考慮泛型
編寫自己的泛型相對比較困難，但很值得花時間去學習如何編寫。
下面以一個Stack類為例來說明：
public class Stack {
private Object[] elements;
private int size = 0;
private static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;
public Stack() {
elements = new Object[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY];
}
public void push(Object e) {
ensureCapacity();
elements[size++] = e;
}
public Object pop() {
if (size == 0) {
throw new EmptyStackException();
}
Object result = elements[--size];
elements[size] = null;
return result;
}
public boolean isEmpty() {
return size == 0;
}
private void ensureCapacity() {
if (elements.length == size) {
elements = Arrays.copyOf(elements, 2 * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY + 1);
}
}
}
上述Stack類的實現，主要問題有如下兩點：
1.push操作無法保證類型安全
//可以向stack中放入任意類型
Stack stack = new Stack();
stack.push("stack");
stack.put(new Integer(100));
2.pop操作獲得元素需要外部手工進行類型轉換，且可能會產生ClassCastException異常。
String str = (String)stack.pop();
將上述Stack類進行泛型化，主要步驟為：
1.給它的聲明添加一個或者多個類型參數
2.用相應的類型參數替換所有的Object類型，嘗試編譯
public class Stack<E> {
private E[] elements;
private int size = 0;
private static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;
public Stack() {
//此處提示錯誤，無法通過編譯，因為無法創建泛型數組
elements = new E[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY];
}
public void push(E e) {
ensureCapacity();
elements[size++] = e;
}
public E pop() {
if (size == 0) {
throw new EmptyStackException();
}
E result = elements[--size];
elements[size] = null;
return result;
}
public boolean isEmpty() {
return size == 0;
}
private void ensureCapacity() {
if (elements.length == size) {
elements = Arrays.copyOf(elements, 2 * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY + 1);
}
}
}
消除泛型數組的方法有兩種：
1.直接繞過創建泛型數組，創建一個Object數組
//用法合法，但整體上而言不是類型安全的
elements = (E[])Object[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY];
2.將域的類型從E[]改為Object[]（推薦使用此種方法）
public class Stack<E> {
private Object[] elements;
...
public Stack() {
elements = new Object[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY];
}
public E pop() {
if (size == 0) {
throw new EmptyStackException();
}
E result = (E) elements[--size];
elements[size] = null;
return result;
}
}
使用泛型比使用需要在客戶端代碼中進行轉換的類型來得更加安全，也更加容易。在設計新類型時，要確保它們不需要這種轉換就可以使用，這通常意味著要把類做成是泛型的。
5.優先考慮泛型方法
靜態工具方法通常比較適合泛型化。
編寫泛型方法與編寫泛型類相似，如下述代碼：
public static Set union(Set s1, Set s2) {
Set result = new HashSet(s1);
result.addAll(s2);
return result;
}
上述union方法并不是類型安全的，將其泛型化的代碼如下：
public static <E> Set<E> union(Set<E> s1, Set<E> s2) {
Set<E> result = new HashSet<E>(s1);
result.addAll(s2);
return result;
}
泛型后的union方法不僅適用性更強，也是類型安全的，它確保了待合并集合的類型一致性，外部使用也無需進行手工強制轉換。
泛型方法就像泛型一樣，使用起來比要求客戶端轉換輸入參數并返回值的方法來的更加安全，也更加容易。
6.利用有限制通配符來提升API的靈活性
參數類型是不可變的，對于任意兩個截然不同的類型Type1和Type2而言，List<Type1>既不是List<Type2>的子類型，也不是它的超類型。如List<String>并不是List<Object>的子類型，這似乎與直覺相悖，但實際上是有意義的，你可以將任何對象放進一個List<Object>中，卻只能將字符串放進List<String>中。
個人理解：泛型的參數類型是給編譯器使用的，供編譯器在獲取實參時進行類型檢查，在返回結果時進行類型轉換，在編譯完成后的字節碼中，泛型參數類型信息是被擦除了的。即是說，Java的泛型機制是在編譯階段實現的，編譯生成的字節碼在運行期間并不包含泛型的類型信息。正是由于這種類型擦除機制，導致泛型并不具備協變性，才能保證泛型的類型安全。
泛型不具備協變性，但有時，我們又需要使用協變帶來的靈活性，于是Java提供了有限制的通配符類型這種特殊的參數化類型：
GenericType<? extends E>：子類型通配符，通配符?表示E的某個子類型
GenericType<? super E>：超類型通配符，通配符?表示E的某個超類型
考慮Stack的公共API：
public class Stack<E> {
public Stack();
public void push(E e);
public E pop();
public boolean isEmpty();
}
假如我們想增加一個方法，讓它按順序把一系列元素添加到Stack中，嘗試如下：
public void pushAll(Iterable<E> src) {
for (E e : src) {
push(e);
}
}
如果src中的元素類型與Stack的泛型參數類型完全匹配，是完全沒有問題的。但考慮這樣一種情形：有一個Stack<Number>，且調用了push(int val)，從邏輯上講，下面的實現應該是可以的：
Stack<Number> stack = new Stack<Number>();
Iterable<Integer> integers = ...;
stack.pushAll(integers);
實際情況是上述辦法并不可行，會導致編譯錯誤。
顯然，我們的目的是想將E的某個子類型也放入Stack中，可以利用子類型通配符來做有限制的規定：
public void pushAll(Iterable<? extends E> src) {
for (E e : src) {
push(e);
}
}
假設現在需要編寫一個popAll方法，使之與pushAll方法相呼應，popAll方法從Stack中彈出每個元素，并將這些元素添加到指定的集合中，嘗試如下：
public void popAll(Collection<E> dst) {
while (!isEmpty()) {
dst.add(pop());
}
}
如果dst的元素類型與Stack完全匹配，上述實現是沒有問題的。但考慮這樣一種情形：有一個Stack<Number>和Collection<Object>，從邏輯上講，下面的實現應該是可以的：
Stack<Number> numStack = new Stack<Number>();
Collection<Object> coll = ...;
numStack.popAll(coll);
實際情況是上述辦法并不可行，會導致編譯錯誤。Collection<Object>并不是Collection<Number>的超類型。
我們的目的是為了將類型為E的元素加入到目標泛型集合中，且目標集合的泛型參數類型只要是類型E的父類型即可，Java提供了父類型通配符來實現這種需求：
//此處的限定是：通配符類型是泛型參數類型的父類即可
public void popAll(Collection<? super E> dst) {
while(!isEmpty()) {
dst.add(pop());
}
}
為了獲得最大限度的靈活性，要在表示生產者或者消費者的輸入參數上使用通配符類型。
為了便于記住要使用哪種通配符，引入下面的助記符：
PECS表示producer-extends，consumer-super。
如果參數化類型表示一個T生產者，就使用<? extends T>；如果它表示一個T消費者，就使用<? super T>。在Stack示例中，pushAll的src參數產生E實例供Stack使用，因此src相應的類型為Iterable<? extends E>；popAll的dst參數通過Stack消費E實例，因此dst相應的類型為Collection<? super E>。
PECS助記符突出了使用通配符類型的基本原則。
在API中使用通配符類型雖然比較需要技巧，但它可以使API變得靈活得多。
如果編寫的是將被廣泛使用的類庫，則一定要適當地利用通配符類型。
需要記住的基本原則是：producer-extends,comsumer-super(PECS)。
所有的comparable和comparator都是消費者。
7.優先考慮類型安全的異構容器
泛型最常用于集合，如Set和Map，以及單元素的容器，如ThreadLocal和AtomicReference。在這些用法中，它都充當了被參數化了的容器。這樣就限制了每個容器只能有固定數目的類型參數。一般來說，這種情況正是所想要的，一個Set只有一個類型參數，表示它的元素類型；一個Map有兩個類型參數，表示它的鍵和值類型。
但是，有時候你會需要更多的靈活性。例如，數據庫行可以有任意多列，如何才能以類型安全的方式訪問所有列哪？Java泛型提供了一種方法來解決這個問題：將鍵（key）進行參數化而不是將容器參數化，然后將參數化的鍵提交給容器，來插入或者獲取值，用泛型系統來確保值的類型與它的鍵相符。
類Class在Java1.5中被泛化了，類的類型從字面上看不再只是簡單的Class，而是Class<T>，意味著String.class是屬于Class<String>類型，Integer.class屬于Class<Integer>類型。
當一個類的字面文字被用在方法中，來傳達編譯時和運行時的類型信息時，被稱作type token。
假如需要設計一個Favorites類，它允許其客戶端從任意數量的其他類中，保存并獲得一個“最喜愛”的實例，代碼如下：
public class Favorites {
private Map<Class<?>, Object> favorities = new HashMap<Class<?>, Object>();
public <T> void putFavorite(Class<T> type, T instance) {
if (type == null) {
throw new NullPointerException("Type is null");
}
favorities.put(type, instance);
}
public <T> T getFavorite(Class<T> type) {
return type.cast(favorities.get(type));
}
public static void main(String[] args) {
Favorites f = new Favorites();
f.putFavorite(String.class, "Java");
f.putFavorite(Integer.class, 0xcafebabe);
f.putFavorite(Class.class, Favorites.class);
String fString = f.getFavorite(String.class);
int fInteger = f.getFavorite(Integer.class);
Class<?> fClass = f.getFavorite(Class.class);
System.out.printf("%s %x %s%n", fString, fInteger, fClass.getSimpleName());
}
}
//代碼打印結果為：Java cafebabe Favorites
Favorites實例是類型安全的：當你向它請求String的時候，它不會返回一個Integer。同時它也是異構的：不像普通的map，它的所有鍵都是不同類型的。
像Favorites這種類被稱為類型安全的異構容器。
Favorites使用的類型令牌是無限制的，還可以利用有限制類型參數或有限制通配符來限制可以表示的類型：
public <T extends Annotation> T getAnnotation(Class<T> annotationType);
Annotation getAnnotation(AnnotatedElement element, String annotationTypeName) {
Class<?> annotationType = null;
try {
annotationType = Class.forName(annotationTypeName);
} catch (Exception e) {
throw new IllegalArgumentException();
}
return element.getAnnotation(annotationType.asSubclass(Annotation.class));
}
集合API說明了泛型的常見用法，它限制每個容器只能有固定數目的類型參數。
可以將類型參數放在鍵上而不是容器上來避開這一限制。
對于這種類型安全的異構容器，可以用Class對象作為鍵。
以這種方式使用的Class對象被稱作類型令牌。
也可以使用定制的鍵類型，例如，用一個DatabaseRow類型表示一個數據庫行（容器），用泛型Column<T>作為它的鍵。
