前言
Java 1.5之前是沒有泛型的，以前從集合中讀取每個對象都必須先進行轉換，如果不小心存入集合中對象類型是錯的，運行過程中轉換處理會報錯。有了泛型之后編譯器會自動幫助轉換，使程序更加安全，但是要正確使用泛型才能取得事半功倍的效果。
本文主要從不要使用原生類型，泛型方法，限制通配符，類型安全的異構容器四個部分來說明如何正確使用Java泛型。主要參考資料《Effective Java》（PDF電子版，有需要的朋友可以私信評論）
一、不要使用原生態類型
1. 什么是原生態類型？
原生態類型（Raw type），即不帶任何實際類型參數的泛型名稱。如與List<E>對應的原生態類型List。不推薦List list = new ArrayList()這樣的方式，主要就會丟掉安全性（為什么不安全呢？具體請往下看），應使用List<MyClass> list = new ArrayList()明確類型。或者使用List<Object>（那么List與List<Object>有啥區別呢？具體可以看泛型的子類型規則部分）
2. 為什么不推薦使用原生態類型？
當我們使用原生態類型List創建一個集合，並往其中放入Stamp類與Coin類，並迭代循環獲取List集合中的元素。
public class RawType_Class { public static void main(String[] args) { List list = new ArrayList<>(); list.add(new Stamp()); list.add(new Coin()); for (Iterator i = list.iterator(); i.hasNext();) { Stamp stamp = i.next(); } } }
此時必須使用Cast強轉，否則編譯會報錯，在編譯期報錯對於開發者來說是我們最希望看到的。
但是我們根據提示，增加Cast，好了編譯是不會報錯了，但是運行時期會報錯！ Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: ，這就對我們開發者來說大大增加了難度。
public class RawType_Class { public static void main(String[] args) { List list = new ArrayList<>(); list.add(new Stamp()); list.add(new Coin()); for (Iterator i = list.iterator(); i.hasNext();) { Stamp stamp = (Stamp) i.next(); } } }
由此可見，原生類型是不推薦使用，是不安全的！
問1：那為什么Java還要允許使用原生態類型呢？
是為了提升兼容性，Java1.5之前已經存在很多的原生態類型的代碼，那么為了讓代碼保持合法，並且能夠兼容新代碼，因此Java才對原生態類型支持！
問2：那我們使用List<Object>是不是就可以了呢，兩個有啥區別呢？
兩者都可以插入任意類型的對象。不嚴格來說，前者原生態類型List逃避了泛型檢查，后者參數化類型List<Object>明確告訴編譯器能夠持有任意類型的對象。但是兩個的區別主要是泛型存在子類型規則，具體請往下看
3. 泛型的子類型規則
子類型規則，即任何參數化的類型是原生態類型的一個子類型，比如List<String>是原生態類型List的一個子類型，而不是參數化List<Object>的子類型。
由於子類型規則的存在，我們可以將List<String>傳遞給List類型的參數
public static void main(String[] args) { List<String> strings = new ArrayList<>(); unsafeAdd(strings, new Integer(1)); String s = strings.get(0); } private static void unsafeAdd(List list, Object o){ list.add(o); }
雖然編譯器是沒有報錯的，但是編譯過程會出現以下提示，表明編寫了某種不安全的未受檢的操作
但是我們不能將List<String>傳遞給List<Object>類型參數
public static void main(String[] args) { List<String> strings = new ArrayList<>(); unsafeAdd(strings, new Integer(1)); String s = strings.get(0); } private static void unsafeAdd(List<Object> list, Object o){ list.add(o); }
編譯后就直接報錯，事實上編譯器就會自動提示有錯誤
4. 無限制的通配符類型
使用原生態類型是很危險的，但是如果不確定或不關心實際的類型參數，那么在Java 1.5之后Java有一種安全的替換方法，稱之為無限制的通配符類型（unbounded wildcard type），可以用一個“?”代替，比如Set<?>表示某個類型的集合，可以持有任何集合。
那么無限制通配類型與原生態類型有啥區別呢？原生態類型是可以插入任何類型的元素，但是無限制通配類型的話，不能添加任何元素（null除外）。
問：那么這樣的通配符類型有意義嗎？因為你並不知道它到底能加入啥樣的元素，但是又美其名曰“無限制”。
不能說沒有意義，因為它的出現歸根結底是為了防止破壞集合類型約束條件，並且可以根據需要使用泛型方法或者有限制的通配符類型（bound wildcard type）接口某些限制，提高安全性。
5. 泛型的可擦除性
我們先看一下代碼，看看結果：
public static void main(String[] args) { List<String> l1 = new ArrayList<String>(); List<Integer> l2 = new ArrayList<Integer>(); // 輸出為true，擦除后的類型為List System.out.println(l1.getClass() == l2.getClass()); }
結果為true，這是因為：泛型信息可以在運行時被擦除，泛型在編譯期有效，在運行期被刪除，也就是說所有泛型參數類型在編譯后都會被清除掉。歸根結底不管泛型被參數具體化成什么類型，其class都是RawType.class，比如List.class，而不是List<String>.class或List<Integer>.class
事實上，在類文字中必須使用原生態類型，不准使用參數化類型（雖然允許使用數組類型和基本類型），也就是List.class、String[].class和int.class都是合法的，而List<String>.class和List<?>.class不合法
二、泛型方法
1、基本概念
之前說過，如果直接使用原生態類型編譯過程會有警告，運行過程可能會報異常，是非常不安全的一種方式。
private static Set union(Set s1, Set s2){ Set result = new HashSet(); result.add(s2); return result; }
如果是在方法中使用，為了修正這些警告，使方法變成類型安全的，可以為方法聲明一個類型參數。
private static <E> Set<E> union(Set<E> s1, Set<E> s2){ Set result = new HashSet(); result.add(s2); return result; }
static后面的<E>就是方法的類型參數，這樣的話三個集合的類型（兩個輸入參數與一個返回值）必須全部相同。這樣的泛型方法不需要明確指定類型參數的值，而是通過判斷參數的類型計算類型參數的值，對於參數Set<String>而言，編譯器自然知道返回的類型參數E也是String，這就是所謂的類型推導（type inference）
2、泛型單例工廠
有時候我們需要創建不可變但又適合許多不同類型的對象。之前的單例模式滿足不可變，但不適合不同類型對象，這次我們可以利用泛型做到這點。
/** * apply方法接收與返回某個類型T的值 * @param <T> */ public interface UnaryFunction<T> { T apply(T arg); }
現在我們需要一個恆等函數（Identity function，f(x)=x，簡單理解輸入等於返回的函數，會返回未被修改的參數），如果每次需要的時候都要重新創建一個，這樣就會很浪費，如果泛型被具體化了，每個類型都需要一個恆等函數，但是它們被擦除后，就只需要一個泛型單例。
/** * 返回未被修改的參數arg */ private static UnaryFunction<Object> IDENTITY_FUNCTION = (Object arg) -> { return arg; }; /** * 泛型方法identityFunction： * 返回類型：UnaryFunction<T> * 類型參數列表；<T> * 忽略強制轉換未受檢查的警告： * 因為返回未被修改的參數arg，所以我們知道無論T的值是什么，都是類型安全的 * @param <T> * @return */ @SuppressWarnings("unchacked") public static <T> UnaryFunction<T> identityFunction(){ return (UnaryFunction<T>) IDENTITY_FUNCTION; }
利用泛型單例編寫測試，下面代碼不會報任何的警告或錯誤。
public static void main(String[] args) { String[] strings = {"hello","world"}; UnaryFunction<String> sameString = identityFunction(); for (String s: strings) { System.out.println(sameString.apply(s)); } Number[] numbers = {1,2.0}; UnaryFunction<Number> sameNumber = identityFunction(); for (Number n: numbers) { System.out.println(sameNumber.apply(n)); } UnaryFunction<Stamp> sameAnotherString = identityFunction(); System.out.println(sameAnotherString.apply(new Stamp())); }
返回的都是未被修改的參數
3. 遞歸類型限制
遞歸類型限制（recursive type bound）：通過某個包含該類型本身的表達式來限制類型參數，最普遍的就是與Comparable一起使用。比如<T extends Comparable<T>>
public interface Comparable<T> { public int compareTo(T o); }
類型參數T定義的類型，可以與實現Comparable<T>的類型進行比較，實際上，幾乎所有類型都只能與它們自身類型的元素相比較，比如String實現Comparable<String>，Integer實現Comparable<Integer>
實現compareTo方法
String之間可以相互使用compareTo比較：
String s1 = "a"; String s2 = "b"; s1.compareTo(s2);
通常為了對列表進行排序，並在其中進行搜索，計算出它的最小值或最大值等，就要求列表中的每個元素都能夠與列表中每個其它元素能進行比較，換句話說，列表的元素可以互相比較。往往就需要實現Comparable接口的元素列表。
/** * @author jian * @date 2019/4/1 * @description 遞歸類型限制 */ public class Recursive_Type_Bound { /** * 遞歸類型限制（recursive type bound） * <T extends Comparable<T>>表示可以與自身進行比較的每個類型T，即實現Comparable<T>接口的類型都可以與自身進行比較，可以查看String、Integer源碼 * <T extends Comparable<T>>類型參數，表示傳入max方法的參數必須實現Comparable<T>接口，才能使用compareTo方法 * @param list * @param <T> * @return */ public static <T extends Comparable<T>> T max(List<T> list) { Iterator<T> iterator = list.iterator(); T result = iterator.next(); while (iterator.hasNext()) { T t = iterator.next(); if (t.compareTo(result) > 0) { result = t; } } return result; } public static void main(String[] args) { List<String> list = Arrays.asList("1","2"); System.out.println(max(list)); } }
三、有限制的通配符類型
之前提到過的無限制的通配符類型就提到過，無限制的通配符單純只使用"?"（如Set<?>），而有限制的通配符往往有如下形式，通過有限制的通配符類型可以大大提升API的靈活性。
（1）E的某種超類集合(接口)：Collection<? super E>、Interface<? super E>、
（2）E的某個子類集合(接口)：Collection<? extends E>、Interface<? extends E>
問1：那么什么時候使用extends關鍵字，什么什么使用super關鍵字呢？
有這樣一個PECS(producer-extends, consumer-super)原則：如果參數化類型表示一個T生產者，就使用<? extends T>，如果表示消費者就是<? super T>。可以這樣助記
問2：什么是生產者，什么是消費者
1）生產者：產生T不能消費T，針對collection，對每一項元素操作時，此時這個集合時生產者（生產元素），使用Collection<? extends T>。只能讀取，不能寫入
2）消費者：不能生產T，只消費使用T，針對collection，添加元素collection中，此時集合消費元素，使用Collection<? super T>，只能添加T的子類及自身，用Object接收讀取到的元素
舉例說明：生產者
1）你不能在List<? extends Number>中add操作，因為你增加Integer可能會指向List<Double>，你增加Double可能會指向Integer。根本不能確保列表中最終保存的是什么類型。換句話說Number的所有子類從類關系上來說都是平級的，毫無聯系的。並不能依賴類型推導（類型轉換），編譯器是無法確實的實際類型的！
2）但是你可以讀取其中的元素，並保證讀取出來的一定是Number的子類（包括Number），編譯並不會報錯，換句話說編譯器知道里面的元素都是Number的子類，不管是Integer還是Double，編譯器都可以向下轉型
舉例說明：消費者
1）編譯器不知道存入列表中的Number的超類具體是哪一個，只能使用Object去接收
2）但是只可以添加Interger及其子類（因為Integer子類也是Integer，向上轉型），不能添加Object、Number。因為插入Number對象可以指向List<Integer>對象，你插入Object，因為可能會指向List<Ineger>對象
注意：Comparable/Comparator都是消費者，通常使用Comparator<? Super T>），可以將上述的max方法進行改造：
public static <T extends Comparable<? super T>> T max(List<? extends T> list) { Iterator<? extends T> iterator = list.iterator(); T result = iterator.next(); while (iterator.hasNext()) { T t = iterator.next(); if (t.compareTo(result) > 0) { result = t; } } return result; }
四、類型安全的異構容器
泛型一般用於集合，如Set和Map等，這些容器都是被參數化了（類型已經被具體化了，參數個數已被固定）的容器，只能限制每個容器只能固定數目的類型參數，比如Set只能一個類型參數，表示它的元素類型，Map有兩個參數，表示它的鍵與值。
但是有時候你會需要更多的靈活性，比如關系數據庫中可以有任意多的列，如果以類型的方式所有列就好了。有一種方法可以實現，那就是使用將鍵進行參數化而不是容器參數化，然后將參數化的鍵提交給容器，來插入或獲取值，用泛型來確保值的類型與它的鍵相符。
我們實現一個Favorite類，可以通過Class類型來獲取相應的value值，鍵可以是不同的Class類型（鍵Class<?>參數化，而不是Map<?>容器參數化）。利用Class.cast方法將鍵與鍵值的類型對應起來，不會出現 favorites.putFavorite(Integer.class, "Java") 這樣的情況。
/** * @author jian * @date 2019/4/1 * @description 類型安全的異構容器 */ public class Favorites { private Map<Class<?>, Object> favorites = new HashMap<>(); public <T> void putFavorite(Class<T> type, T instance){ if (type == null) { throw new NullPointerException("Type is null"); } favorites.put(type, type.cast(instance)); } public <T> T getFavorite(Class<T> type){ return type.cast(favorites.get(type)); } }
Favorites實例是類型安全（typesafe）的，你請求String時，不會返回給你Integer，同時也是異構（heterogeneous）的，不像普通map，它的鍵都可以是不同類型的。因此，我們將Favorites稱之為類型安全的異構容器（typesafe heterogeneous container）。
public static void main(String[] args) { Favorites favorites = new Favorites(); favorites.putFavorite(String.class, "Java"); favorites.putFavorite(Integer.class, 64); favorites.putFavorite(Class.class, Favorites.class); String favoriteString = favorites.getFavorite(String.class); Integer favoriteInteger = favorites.getFavorite(Integer.class); Class<?> favoriteClass = favorites.getFavorite(Class.class);
// 輸出 Java 40 Favorites System.out.printf("%s %x %s%n", favoriteString, favoriteInteger, favoriteClass.getSimpleName()); }
Favorites類局限性在於它不能用於在不可具體化的類型中，換句話說你可以保存String，String[]，但是你不能保存List<String>，因為你無法為List<String>獲取一個Class對象：List<String>.class是錯誤的，不管是List<String>還是List<Integer>都會公用一個List.class對象。
List<String> list = Arrays.asList("1","2");
List<Integer> list2 = Arrays.asList(3,4);
// 只能選一種，不能有List<String>.class或者List<Integer>.class
favorites.putFavorite(List.class, list2);
// favorites.putFavorite(List.class, list)
附1：相關泛型術語
1）參數化的類型：List<String>
2）實際類型參數：String
3）泛型：List<E>
4）形式類型參數：E
5）無限制通配符類型：List<?>
6）原生態類型：List
7）遞歸類型限制：<T extends Comparable<T>>
8）有限制的通配符類型：List<? extends Number>
9）泛型方法：static <E> List<E> union()
10）類型令牌：String.class
附2：常用的形式類型參數
1）T 代表一般的任何類。
2）E 代表 Element 的意思，或者 Exception 異常的意思。
3）K 代表 Key 的意思。
4）V 代表 Value 的意思，通常與 K 一起配合使用。
5）S 代表 Subtype 的意思