泛型是Java中一項(xiàng)十分重要的特性薄风，在Java 5版本被引入昔搂，在日常的編程過(guò)程中句惯，有很多依賴(lài)泛型的場(chǎng)景土辩，尤其是在集合容器類(lèi)的使用過(guò)程中支救，更是離不開(kāi)泛型的影子抢野。

泛型的作用

泛型提供的功能有：參數(shù)化類(lèi)型，以及編譯期類(lèi)型檢查各墨。

1 參數(shù)化類(lèi)型

在方法的定義中指孤，方法的參數(shù)稱(chēng)為形參，在實(shí)際調(diào)用方法時(shí)傳遞實(shí)參。泛型的使用中恃轩，可以將類(lèi)型定義為一個(gè)參數(shù)结洼，在實(shí)際使用時(shí)再傳遞具體類(lèi)型。將泛型這種使用方式稱(chēng)之為參數(shù)化類(lèi)型叉跛。

在集合類(lèi)的使用中松忍，若不使用泛型，則需要對(duì)每一種元素類(lèi)型設(shè)計(jì)相同的集合操作筷厘，例如：

class ListInteger{
    //...
}
class ListDouble{
    //...
}

通過(guò)泛型的使用鸣峭，可以避免這種重復(fù)定義的現(xiàn)象，定義一套集合操作酥艳，來(lái)應(yīng)對(duì)所有元素類(lèi)型摊溶，例如：

class List<E>{
    //...
}

在使用中傳遞不同的元素類(lèi)型給List即可。

這里使用的字符E并無(wú)特殊含義充石，只是為了便于理解而已莫换。泛型中通常使用的字符及表示意義為：
K: 鍵值對(duì)中的key
V: 鍵值對(duì)中的value
E: 集合中的element
T: 類(lèi)的類(lèi)型type

2 編譯期類(lèi)型檢查

對(duì)于集合ArrayList而言，若不指定具體元素類(lèi)型骤铃，則使用過(guò)程中可能出現(xiàn)以下情況：

List list = new ArrayList();
list.add("abc");
list.add(123);

for (Object obj : list) {
    String e = (String) obj;//ClassCastException
}

這段代碼在編譯期沒(méi)問(wèn)題拉岁，運(yùn)行時(shí)會(huì)報(bào)出java.lang.ClassCastException。

這種對(duì)集合的使用方式存在兩個(gè)問(wèn)題：一是add添加元素時(shí)惰爬，因?yàn)樵芈暶鳛?code>Object類(lèi)型膛薛，任意類(lèi)型元素都可以添加到集合中，所以在添加元素時(shí)需要使用者自己注意選擇的元素類(lèi)型补鼻；二是get取元素時(shí)需要強(qiáng)制類(lèi)型轉(zhuǎn)換哄啄，需要開(kāi)發(fā)人員記住操作的元素類(lèi)型，否則可能拋出ClassCastException異常风范。

在聲明集合時(shí)指定元素類(lèi)型則可以避免以上兩種問(wèn)題：

List<String> list = new ArrayList<String>();
list.add("abc");
//list.add(123); compile error

for (String obj : list) {
    String e = obj;
}

通過(guò)泛型的使用咨跌，指定集合元素的類(lèi)型，則可以在編譯期就進(jìn)行元素類(lèi)型檢查硼婿，并且get獲取元素時(shí)無(wú)需進(jìn)行強(qiáng)制類(lèi)型轉(zhuǎn)換锌半。

這里稱(chēng)獲取元素?zé)o需進(jìn)行強(qiáng)制類(lèi)型轉(zhuǎn)換，其實(shí)并不準(zhǔn)確寇漫，嚴(yán)格來(lái)講刊殉，使用泛型在進(jìn)行獲取元素操作時(shí)，進(jìn)行的是隱式類(lèi)型轉(zhuǎn)換州胳，所以仍然存在強(qiáng)制類(lèi)型轉(zhuǎn)換的操作记焊。

ArrayList中的隱式類(lèi)型轉(zhuǎn)換：

public E get(int index) {
    rangeCheck(index);
    return elementData(index);
}

E elementData(int index) {
    return (E) elementData[index];
}

泛型的使用

泛型可以應(yīng)用于定義泛型類(lèi)、泛型接口和泛型方法栓撞。

1 泛型類(lèi)

泛型類(lèi)的定義方式較為簡(jiǎn)單遍膜，通過(guò)將類(lèi)型抽象為參數(shù)碗硬，附加在類(lèi)名稱(chēng)后，即可完成泛型類(lèi)的定義瓢颅，示例：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        User<Integer> user = new User<>();
        user.setAttribute(123);
//        user.setAttribute("abc");compile error
        Integer attribute = user.getAttribute();
    }
}

class User<T> {
    private T attribute;

    public User() {
    }

    public T getAttribute() {
        return this.attribute;
    }

    public void setAttribute(T attribute) {
        this.attribute = attribute;
    }
}

通過(guò)使用泛型類(lèi)恩尾，可以在編譯期進(jìn)行參數(shù)類(lèi)型檢查，并且使用時(shí)無(wú)需進(jìn)行強(qiáng)制類(lèi)型轉(zhuǎn)換挽懦。

2 泛型接口

泛型接口的使用與泛型類(lèi)較為相似翰意，在接口名稱(chēng)后添加表示類(lèi)型的字符即可，示例：

interface Person<T> {
    T getAttribute();

    void setAttribute(T attribute);
}

3 泛型方法

在前面的泛型類(lèi)中定義的如下方法：

    public T getAttribute() {
        return this.attribute;
    }

    public void setAttribute(T attribute) {
        this.attribute = attribute;
    }

雖然使用了參數(shù)化類(lèi)型信柿，但是并不算是泛型方法猎物，因?yàn)檫@些方法中使用的參數(shù)類(lèi)型是泛型類(lèi)定義的。泛型方法中定義了自己使用的類(lèi)型角塑，示例：

public <T> void genericsMethod(T parameter){
    //...
}

泛型與繼承

在泛型的使用中蔫磨，關(guān)于繼承方面需要注意，示例：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        A<Number> aNumber = new A<>();
        A<Integer> aInteger = new A<>();
//        aNumber = aInteger; compile error
        System.out.println(aNumber.getClass() == aInteger.getClass()); // true
    }
    static class A<T>{}
}

雖然Integer是Number的子類(lèi)型圃伶，但是A<Integer>并不是A<Number>的子類(lèi)型堤如。

事實(shí)上，編譯器會(huì)在編譯階段進(jìn)行類(lèi)型檢查后窒朋，會(huì)擦除泛型的類(lèi)型信息搀罢，也就是說(shuō)在運(yùn)行期A<Integer>和A<Number>是同一個(gè)類(lèi)。

對(duì)于泛型容器類(lèi)List<E>侥猩，在進(jìn)行泛型擦除后榔至，記錄的元素類(lèi)型為其聲明的最左邊父類(lèi)型，此處即為Object類(lèi)型欺劳，示例：

public class Test {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        List<Integer> integers = new ArrayList<>();
        integers.getClass().getDeclaredMethod("add", Object.class).invoke(integers, "abc");
    }
}

代碼在編譯期和運(yùn)行期都沒(méi)問(wèn)題唧取，在編譯生成的.class文件中，Integer元素類(lèi)型被擦除后划提，容器的元素類(lèi)型記錄為Object類(lèi)型枫弟。

泛型使用中的繼承定義方式如下：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        A<Integer> a = new A<>();
        B<Integer> b = new B<>();
        a = b;
    }
}
class A<T>{}
class B<T> extends A<T>{}

在繼承關(guān)系中使用同一個(gè)參數(shù)類(lèi)型，以此實(shí)現(xiàn)泛型類(lèi)的繼承鹏往。在JDK中ArrayList<E>淡诗、List<E>與Collection<E>采用的就是這種方式。

但是這種繼承方式依然不能滿(mǎn)足前面提到的使用場(chǎng)景伊履，例如如下使用List方式：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        List<Number> numberList = new ArrayList<>();
        List<Integer> integerList = new ArrayList<>();
//        numberList = integerList; compile error
    }
}

雖然Integer是Number的子類(lèi)型韩容，但List<Integer>卻不是List<Number>的子類(lèi)型，問(wèn)題與前面的示例中相同唐瀑。

通配符

通配符號(hào)?是一種實(shí)參類(lèi)型群凶，表示類(lèi)型不確定的意思，或者表示任意一種類(lèi)型介褥，選擇?作為類(lèi)型的目的是為了匹配更大范圍的類(lèi)型座掘，所以這里?是一種具體的類(lèi)型。

這里稱(chēng)?類(lèi)型不確定柔滔，又稱(chēng)?是一種具體的類(lèi)型溢陪，這種說(shuō)法是相對(duì)于前面的類(lèi)型參數(shù)T而言的，T表示類(lèi)型形參睛廊，使用時(shí)被替代為傳入的具體類(lèi)型形真，而?就是一種具體類(lèi)型，不會(huì)被別的具體類(lèi)型替代超全。

在前面有關(guān)泛型的繼承關(guān)系中咆霜，遇到List<Integer>不是List<Number>的子類(lèi)型問(wèn)題，可以使用通配符號(hào)?表示具體類(lèi)型嘶朱，這樣則可以匹配任意的參數(shù)類(lèi)型蛾坯，示例：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        List<?> numberList = new ArrayList<>();
        List<Integer> integerList = new ArrayList<>();
        numberList = integerList; 
    }
}

既然?可以表示所有類(lèi)型，當(dāng)然也可以表示Integer類(lèi)型疏遏，所以代碼可以編譯通過(guò)脉课。

在平常的使用中，類(lèi)型的選擇范圍并非如此隨意财异，更多時(shí)候在定義泛型類(lèi)倘零、接口或方法時(shí)，限定了能夠使用的類(lèi)型范圍戳寸。

1 限定上界

使用extends關(guān)鍵字限定參數(shù)類(lèi)型能夠選擇的上界呈驶，示例：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        GenericsClass<Integer> integerObj = new GenericsClass<>();
//        GenericsClass<String> stringObj = new GenericsClass<>(); compile error
        
        Test.genericsMethod1(new ArrayList<Integer>());
//        Test.genericsMethod1(new ArrayList<String>()); compile error

        Test.genericsMethod2(new ArrayList<Integer>());
//        Test.genericsMethod2(new ArrayList<String>()); compile error
    }
    static class GenericsClass<T extends Number>{
        //...
    }
    static <T extends Number> void genericsMethod1(List<T> list) {
//        list.add(1); compile error
    }
    static void genericsMethod2(List<? extends Number> list) {
//        list.add(1); compile error
    }
}

GenericsClass類(lèi)中通過(guò)<T extends Number>限定參數(shù)類(lèi)型為Number的子類(lèi)型，genericsMethod1疫鹊、genericsMethod2同樣使用extends關(guān)鍵字限定類(lèi)型上界袖瞻。

genericsMethod1與genericsMethod2分別使用了T和?作為參數(shù)類(lèi)型符號(hào)，在限定類(lèi)型范圍上拆吆，兩者作用相同虏辫。不同之外在于，使用T表示類(lèi)型形參锈拨，在genericsMethod1方法體內(nèi)可以引用T類(lèi)型相關(guān)的操作砌庄，但是?則無(wú)法引用。

這里需要注意一點(diǎn)奕枢，若使用具有上界的泛型來(lái)作為集合的元素類(lèi)型時(shí)娄昆，因?yàn)榇藭r(shí)無(wú)法確定集合的元素類(lèi)型，所以無(wú)法向集合中添加元素缝彬，示例：

    static <T extends Number> void genericsMethod1(List<T> list) {
//        list.add(1); compile error
    }
    static void genericsMethod2(List<? extends Number> list) {
//        list.add(1); compile error
    }

2 限定下界

使用super關(guān)鍵字限定參數(shù)類(lèi)型能夠選擇的下界萌焰，示例：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Test.genericsMethod2(new ArrayList<Integer>());
//        Test.genericsMethod2(new ArrayList<String>()); compile error
    }
//    static class GenericsClass<? super Integer>{ compile error
//        //...
//    }
//    static <T super Integer> void genericsMethod1(List<T> list) { compile error
//        //...
//    }
    static void genericsMethod2(List<? super Integer> list) {
        list.add(1); 
    }
}

由示例可知，<? super Integer>的形式限定元素的下界為Integer類(lèi)型谷浅，則此時(shí)可以對(duì)集合進(jìn)行添加Integer元素操作扒俯。

由示例同樣可知奶卓，使用super關(guān)鍵字限定參數(shù)類(lèi)型下界，與使用extends關(guān)鍵字限定參數(shù)類(lèi)型的上界有所不同撼玄，最大的區(qū)別就是：類(lèi)型形參T不能與super關(guān)鍵字配合使用夺姑。若可以配合使用，則會(huì)存在以下問(wèn)題：

• <T extends Integer>表示T類(lèi)為Integer的子類(lèi)型掌猛，則T類(lèi)型屬性可以訪(fǎng)問(wèn)Integer類(lèi)型中的部分屬性盏浙；<T super Integer>的描述表示T類(lèi)為Integer的父類(lèi)，則T類(lèi)型屬性不確定其父類(lèi)為何類(lèi)荔茬，也可能為Serializable废膘，那么此時(shí)將不具備任何屬性，因?yàn)椴淮_定慕蔚，所以無(wú)法進(jìn)行操作丐黄；

• <T extends Integer>在編譯時(shí)進(jìn)行類(lèi)型擦除后，則T屬性將默認(rèn)為extends繼承的父類(lèi)中最左邊一個(gè)孔飒，這里即為Integer孵稽；而<T super Integer>描述的類(lèi)，在進(jìn)行類(lèi)型擦除后將無(wú)法確定其類(lèi)型十偶。

根據(jù)以上兩點(diǎn)菩鲜，在類(lèi)的描述中，不能使用<T super Integer>的形式限定參數(shù)類(lèi)型的下界惦积。

通配符的上下界使用有PECS(producer extends, consumer super)原則接校，producer可以根據(jù)上界進(jìn)行元素讀取，但是不確定類(lèi)型狮崩，所以無(wú)法添加元素蛛勉；consumer可以根據(jù)下界進(jìn)行元素添加，但是不確定類(lèi)型睦柴，所以無(wú)法讀取元素诽凌。

泛型數(shù)組

在普通數(shù)組的使用中，存在如下的情況：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Integer[] integers = new Integer[5];
        Object[] objects = integers;
        objects[0] = "abc";
    }
}

這段代碼在編譯期是沒(méi)問(wèn)題的坦敌，在運(yùn)行時(shí)會(huì)報(bào)出ArrayStoreException異常侣诵。這種情況稱(chēng)之為數(shù)組的協(xié)變(covariant)，即S類(lèi)型為T類(lèi)型的子類(lèi)型狱窘，則S類(lèi)型數(shù)組為T類(lèi)型數(shù)組的子類(lèi)型杜顺。

為了避免這種協(xié)變的情況發(fā)生，Java禁止創(chuàng)建具體類(lèi)型的泛型數(shù)組蘸炸，否則對(duì)于泛型數(shù)組有如下情況躬络，示例來(lái)源Java 指導(dǎo)手冊(cè)：

// Not really allowed.
List<String>[] lsa = new List<String>[10];
Object o = lsa;
Object[] oa = (Object[]) o;
List<Integer> li = new ArrayList<Integer>();
li.add(new Integer(3));
// Unsound, but passes run time store check
oa[1] = li;

// Run-time error: ClassCastException.
String s = lsa[1].get(0);

如果Java中允許創(chuàng)建具體類(lèi)型的泛型數(shù)組，則以上代碼在編譯期通過(guò)類(lèi)型檢查搭儒，在運(yùn)行期獲取元素時(shí)會(huì)報(bào)出ClassCastException異常穷当，即無(wú)法通過(guò)泛型元素的隱式類(lèi)型轉(zhuǎn)換提茁。

Java雖然禁止創(chuàng)建具體類(lèi)型的泛型數(shù)組，但并不禁止創(chuàng)建通配符形式的數(shù)組馁菜，如下所示茴扁，示例來(lái)源Java 指導(dǎo)手冊(cè)：

// OK, array of unbounded wildcard type.
List<?>[] lsa = new List<?>[10];
Object o = lsa;
Object[] oa = (Object[]) o;
List<Integer> li = new ArrayList<Integer>();
li.add(new Integer(3));
// Correct.
oa[1] = li;
// Run time error, but cast is explicit.
String s = (String) lsa[1].get(0);

雖然發(fā)生運(yùn)行期錯(cuò)誤，但是因?yàn)橥ㄅ浞氖褂没鸬耍栽讷@取元素時(shí)丹弱，需要進(jìn)行顯示類(lèi)型轉(zhuǎn)換德撬，也就是將元素的類(lèi)型操作交給開(kāi)發(fā)人員進(jìn)行控制铲咨。

參考

Type Parameters
Difference between <? super T> and <? extends T> in Java
The Java? Tutorials