類型安全的異構容器

閱讀經典——《Effective Java》08

異構容器是指能夠容納不同類型對象的容器。像我們通常用的ListMap等容器,它們的原生態類型本身就是異構容器,一旦給它們設置了泛型參數,例如List<String>Map<Integer, String>,它們就不再是異構容器。但是,原生態類型是不安全的,你無法知道從容器取出的類型到底是什么,很容易導致錯誤。因此,如何構建類型安全的異構容器就成了一個重要的話題。

  1. 使用Map實現類型安全的異構容器
  1. 局限性

使用Map實現類型安全的異構容器

我們將要實現一個Favorites類,用來對每個類型保存一個最喜歡的實例。它的API如下:

public class Favorites {
  public <T> void putFavorite(Class<T> type, T instance);
  public <T> T getFavorite(Class<T> type);
}

下面是一個測試程序,說明了如何使用Favorites類保存、獲取并打印最喜愛的String、Integer和Class實例。

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 favoriteString = f.getFavorite(String.class);
  int favoriteInteger = f.getFavorite(Integer.class);
  Class<?> favoriteClass = f.getFavorite(Class.class);
  System.out.printf("%s %x %s%n", favoriteString, favoriteInteger, favoriteClass.getName());
}

打印結果是

Java cafebabe Favorites

Favorite實例是類型安全的,當你向它請求String的時候,它絕不會返回一個Integer給你。同時它也是異構的,它的鍵可以是任意類型。

Favorites的實現也很簡單:

public class Favorites {
  private Map<Class<?>, Object> favorites = new HashMap<Class<?>, Object>();

  public <T> void putFavorite(Class<T> type, T instance) {
    if (type == null)
      throw new NullPointerException("Type is null");
    favorites.put(type, instance);
  }

  public <T> T getFavorite(Class<T> type) {
    return type.cast(favorites.get(type));
  }
}

內部用一個Map<Class<?>, Object>來保存所有的愛好,使用Class<?>作為鍵記錄每個愛好的類型,而用Object作為值不再區分它們的類型。當取出時,根據請求的類型從Map中查找相應的值,由于值是Object類型的,需要使用type.cast強制轉換為type指定的類型。只要客戶端按照API的要求使用,這里的強制轉換一定不會出錯。

局限性

這種實現方法有兩種局限性。

首先,惡意的客戶端可以破壞Favorites實例的類型安全。如果客戶端傳入原生態的Class對象和不一致的值對象,則會在getFavoritecast時拋出ClassCastException異常。不過好在我們可以對這一情況加以約束。只需要在put時使用一個動態的轉換就可以了:

public <T> void putFavorite(Class<T> type, T instance) {
  favorites.put(type, type.cast(instance));
}

一旦客戶端傳入值類型不一致,就立即拋出異常。

第二種局限性是它不能用于泛型化類型,例如,你無法把List<String>作為Favorites的鍵,因為List<String>.class是個語法錯誤。這一局限性還沒有很好的解決方法。

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