編譯期間確定類型安全——泛型（Generics）

　　泛型是提供給Javac編譯器使用的。可以限定集合中輸入的類型，讓編譯器擋住原始程序的非法輸入，編譯器編譯帶類型說明的集合時會去掉“類型”信息，使程序運行效率不受影響，對於參數化的泛型類型，getClass()方法的返回值和原始類型完全一樣，由於編譯生成的字節碼會去掉泛型的類型信息，只要能跳過編譯器，就可以往某個泛型集合中加入其它類型的數據，例如，用反射得到集合，再調用其add方法即可。

　　ArrayList<E>類定義和ArrayList<Integer>類引用中涉及如下術語：

　　整個稱為ArrayList<E>泛型類型，ArrayList<E>中的E稱為類型變量或類型參數，整個ArrayList<Integer>稱為參數化的類型，ArrayList<Integer>中的Integer稱為類型參數的實例或實際類型參數，ArrayList<Integer>中的<>念着typeof，ArrayList稱為原始類型。

　　參數化類型與原始類型的兼容性：
　　參數化類型可以引用一個原始類型的對象，編譯報告警告，例如，　　

　　Collection<String> c = new Vector ();

　　原始類型可以引用一個參數化類型的對象，編譯報告警告，例如，

　　Collection c = new Vector<String>();

　　參數化類型不考慮類型參數的繼承關系：

　　Vector<String> v = new Vector<Object>()    // 錯誤
　　Vector<Object> v = new Vector<String>()    // 也錯誤

　　類型擦除

　　正確理解泛型概念的首要前提是理解類型擦除（type erasure）。 Java中的泛型類似於C++中的模板，但是這種相似性僅限於表面，Java中的泛型基本上都是在編譯器這個層次來實現的。屬於編譯器執行類型檢查和類型診斷，然后生成普通的非泛型的字節碼，也就是在生成的Java字節代碼中是不包含泛型中的類型信息的，使用泛型的時候加上的類型參數，會被編譯器在編譯的時候去掉。這種實現技術稱為類型擦除。如在代碼中定義的List<Object>和List<String>等類型，在編譯之后都會變成List。JVM看到的只是List，而由泛型附加的類型信息對JVM來說是不可見的。Java編譯器會在編譯時盡可能的發現可能出錯的地方，但是仍然無法避免在運行時刻出現類型轉換異常的情況。

　　很多泛型的奇怪特性都與這個類型擦除的存在有關，包括：

• 泛型類並沒有自己獨有的Class類對象。比如並不存在List<String>.class或是List<Integer>.class，而只有List.class；
• 靜態變量是被泛型類的所有實例所共享的。對於聲明為MyClass<T>的類，訪問其中的靜態變量的方法仍然是 MyClass.myStaticVar。不管是通過new MyClass<String>還是new MyClass<Integer>創建的對象，都是共享一個靜態變量。
• 泛型的類型參數不能用在Java異常處理的catch語句中。因為異常處理是由JVM在運行時刻來進行的。由於類型信息被擦除，JVM是無法區分兩個異常類型MyException<String>和MyException<Integer>的。對於JVM來說，它們都是MyException類型的。也就無法執行與異常對應的catch語句。

　　實例分析

　　了解了類型擦除機制之后，就會明白編譯器承擔了全部的類型檢查工作。編譯器禁止某些泛型的使用方式，正是為了確保類型的安全性。以上面提到的List<Object>和List<String>為例來具體分析：

　　public void inspect(List<Object> list) {    
    　　for (Object obj : list) {        
        　　System.out.println(obj);    
    　　}    
    　　list.add(1); //這個操作在當前方法的上下文是合法的。 
　　}
　　public void test() {    
    　　List<String> strs = new ArrayList<String>();    
    　　inspect(strs); //編譯錯誤 
　　}  

　　這段代碼中，inspect()方法接受List<Object>作為參數，當在test方法中試圖傳入List<String>的時候，會出現編譯錯誤。假設這樣的做法是允許的，那么在inspect方法就可以通過list.add(1)來向集合中添加一個數字。這樣在test方法看來，其聲明為List<String>的集合中卻被添加了一個Integer類型的對象。這顯然是違反類型安全的原則的，在某個時候肯定會拋出ClassCastException。因此，編譯器禁止這樣的行為。編譯器會盡可能的檢查可能存在的類型安全問題。對於確定是違反相關原則的地方，會給出編譯錯誤。當編譯器無法判斷類型的使用是否正確的時候，會給出警告信息。 　　

　　通配符與上下界

　　在使用泛型類的時候，既可以指定一個具體的類型，如List<String>就聲明了具體的類型是String；也可以用通配符?來表示未知類型，如List<?>就聲明了List中包含的元素類型是未知的。 通配符所代表的其實是一組類型，但具體的類型是未知的。List<?>所聲明的就是所有類型都是可以的。但是List<?>並不等同於List<Object>。List<Object>實際上確定了List中包含的是Object及其子類，在使用的時候都可以通過Object來進行引用。而List<?>則其中所包含的元素類型是不確定。其中可能包含的是String，也可能是 Integer。如果它包含了String的話，往里面添加Integer類型的元素就是錯誤的。正因為類型未知，就不能通過new ArrayList<?>()的方法來創建一個新的ArrayList對象。因為編譯器無法知道具體的類型是什么。但是對於 List<?>中的元素確總是可以用Object來引用的，因為雖然類型未知，但肯定是Object及其子類。考慮下面的代碼：

　　public void wildcard(List<?> list) {
    　　list.add(1);    //編譯錯誤 
　　}

　　如上所示，試圖對一個帶通配符的泛型類進行操作的時候，總是會出現編譯錯誤。其原因在於通配符所表示的類型是未知的。

　　因為對於List<?>中的元素只能用Object來引用，在有些情況下不是很方便。在這些情況下，可以使用上下界來限制未知類型的范圍。 如List<? extends Number>說明List中可能包含的元素類型是Number及其子類。而List<? super Number>則說明List中包含的是Number及其父類。當引入了上界之后，在使用類型的時候就可以使用上界類中定義的方法。比如訪問 List<? extends Number>的時候，就可以使用Number類的intValue等方法。

　　開發自己的泛型類

　　泛型類與一般的Java類基本相同，只是在類和接口定義上多出來了用<>聲明的類型參數。一個類可以有多個類型參數，如 MyClass<X, Y, Z>。 每個類型參數在聲明的時候可以指定上界。所聲明的類型參數在Java類中可以像一般的類型一樣作為方法的參數和返回值，或是作為域和局部變量的類型。但是由於類型擦除機制，類型參數並不能用來創建對象或是作為靜態變量的類型。考慮下面的泛型類中的正確和錯誤的用法。

    class ClassTest<X extends Number, Y, Z> {    
        private X x;    
        private static Y y; //編譯錯誤，不能用在靜態變量中    
        public X getFirst() {
            return x;    
        }    
        public void wrong() {        
            Z z = new Z(); //編譯錯誤，不能創建對象    
        }
    } 

 

參考資料：

　　http://www.infoq.com/cn/articles/cf-java-generics