引言

泛型是Java中一个非常重要的知识点，在Java集合类框架中泛型被广泛应用。本文我们将从零开始来看一下Java泛型的设计，将会涉及到通配符处理，以及让人苦恼的类型擦除。

泛型基础

泛型类

我们首先定义一个简单的Box类：

public class Box {    private String object;    public void set(String object) { this.object = object; }    public String get() { return object; }}

这是最常见的做法，这样做的一个坏处是Box里面现在只能装入String类型的元素，今后如果我们需要装入Integer等其他类型的元素，还必须要另外重写一个Box，代码得不到复用，使用泛型可以很好的解决这个问题。

public class Box<T> {    // T stands for "Type"    private T t;    public void set(T t) { this.t = t; }    public T get() { return t; }}

这样我们的Box类便可以得到复用，我们可以将T替换成任何我们想要的类型：

Box<Integer> integerBox = new Box<Integer>();Box<Double> doubleBox = new Box<Double>();Box<String> stringBox = new Box<String>();

泛型方法

看完了泛型类，接下来我们来了解一下泛型方法。声明一个泛型方法很简单，只要在返回类型前面加上一个类似<K, V>的形式就行了：

public class Util {    public static <K, V> boolean compare(Pair<K, V> p1, Pair<K, V> p2) {        return p1.getKey().equals(p2.getKey()) &&               p1.getValue().equals(p2.getValue());    }}public class Pair<K, V> {    private K key;    private V value;    public Pair(K key, V value) {        this.key = key;        this.value = value;    }    public void setKey(K key) { this.key = key; }    public void setValue(V value) { this.value = value; }    public K getKey()   { return key; }    public V getValue() { return value; }}

我们可以像下面这样去调用泛型方法：

Pair<Integer, String> p1 = new Pair<>(1, "apple");Pair<Integer, String> p2 = new Pair<>(2, "pear");boolean same = Util.<Integer, String>compare(p1, p2);

或者在Java1.7/1.8利用type inference，让Java自动推导出相应的类型参数：

Pair<Integer, String> p1 = new Pair<>(1, "apple");Pair<Integer, String> p2 = new Pair<>(2, "pear");boolean same = Util.compare(p1, p2);

边界符

现在我们要实现这样一个功能，查找一个泛型数组中大于某个特定元素的个数，我们可以这样实现：

public static <T> int countGreaterThan(T[] anArray, T elem) {    int count = 0;    for (T e : anArray)        if (e > elem)  // compiler error            ++count;    return count;}

但是这样很明显是错误的，因为除了short, int, double, long, float, byte, char等原始类型，其他的类并不一定能使用操作符>，所以编译器报错，那怎么解决这个问题呢？答案是使用边界符。

public interface Comparable<T> {    public int compareTo(T o);}

做一个类似于下面这样的声明，这样就等于告诉编译器类型参数T代表的都是实现了Comparable接口的类，这样等于告诉编译器它们都至少实现了compareTo方法。

public static <T extends Comparable<T>> int countGreaterThan(T[] anArray, T elem) {    int count = 0;    for (T e : anArray)        if (e.compareTo(elem) > 0)            ++count;    return count;}

通配符

在了解通配符之前，我们首先必须要澄清一个概念，还是借用我们上面定义的Box类，假设我们添加一个这样的方法：

public void boxTest(Box<Number> n) { /* ... */ }

那么现在Box<Number> n允许接受什么类型的参数？我们是否能够传入Box<Integer>或者Box<Double>呢？答案是否定的，虽然Integer和Double是Number的子类，但是在泛型中Box<Integer>或者Box<Double>与Box<Number>之间并没有任何的关系。这一点非常重要，接下来我们通过一个完整的例子来加深一下理解。

首先我们先定义几个简单的类，下面我们将用到它：

class Fruit {}class Apple extends Fruit {}class Orange extends Fruit {}

下面这个例子中，我们创建了一个泛型类Reader，然后在f1()中当我们尝试Fruit f = fruitReader.readExact(apples);编译器会报错，因为List<Fruit>与List<Apple>之间并没有任何的关系。

public class GenericReading {    static List<Apple> apples = Arrays.asList(new Apple());    static List<Fruit> fruit = Arrays.asList(new Fruit());    static class Reader<T> {        T readExact(List<T> list) {            return list.get(0);        }    }    static void f1() {        Reader<Fruit> fruitReader = new Reader<Fruit>();        // Errors: List<Fruit> cannot be applied to List<Apple>.        // Fruit f = fruitReader.readExact(apples);    }    public static void main(String[] args) {        f1();    }}

但是按照我们通常的思维习惯，Apple和Fruit之间肯定是存在联系，然而编译器却无法识别，那怎么在泛型代码中解决这个问题呢？我们可以通过使用通配符来解决这个问题：

static class CovariantReader<T> {    T readCovariant(List<? extends T> list) {        return list.get(0);    }}static void f2() {    CovariantReader<Fruit> fruitReader = new CovariantReader<Fruit>();    Fruit f = fruitReader.readCovariant(fruit);    Fruit a = fruitReader.readCovariant(apples);}public static void main(String[] args) {    f2();}

这样就相当与告诉编译器， fruitReader的readCovariant方法接受的参数只要是满足Fruit的子类就行(包括Fruit自身)，这样子类和父类之间的关系也就关联上了。

PECS原则

上面我们看到了类似<? extends T>的用法，利用它我们可以从list里面get元素，那么我们可不可以往list里面add元素呢？我们来尝试一下：

public class GenericsAndCovariance {    public static void main(String[] args) {        // Wildcards allow covariance:        List<? extends Fruit> flist = new ArrayList<Apple>();        // Compile Error: can't add any type of object:        // flist.add(new Ap