(一)
JDK 5.0（也叫做 Java 5.0 或者 Tiger）給 Java 語言帶來了一些較大的變化。其中最重要的變化就是引入了泛型 —— 支持定義帶有抽象類型參數(shù)的類，這些參數(shù)由您在實例化時指定。泛型為提高大型程序的類型安全和可維護(hù)性帶來了很大的潛力。
泛型與 JDK 5.0 中其他幾個新的語言特性相互協(xié)作，包括增強(qiáng)的 for 循環(huán)（有時叫做 foreach 或者 for/in 循環(huán)）、枚舉（enumeration）和自動裝箱（autoboxing）。
本教程解釋了在 Java 語言中引入泛型的動機(jī)，詳細(xì)介紹了泛型的語法和語義，并講述了如何在自己的類中使用泛型。
本教程針對中高級 Java 開發(fā)人員，他們想要了解針對泛型的新語言支持是如何工作的。本教程假定讀者熟悉在 Java 語言中開發(fā)接口和類，并且具有基本的面向對象設(shè)計技能。
泛型語言特性只在 JDK 5.0 及以后版本中可用。如果您是基于較早的 JDK 版本開發(fā)軟件，那么在遷移到 JDK 5.0 或以后版本之前，將無法在代碼中使用泛型特性。
為了使用泛型，必須具有一個 JDK 5.0 開發(fā)環(huán)境。可以從 Sun 公司的 Web 站點免費下載 JDK 5.0 (http://java.sun.com/j2se/1.5.0/index.jsp)。
什么是泛型？
泛型（Generic type 或者 generics）是對 Java 語言的類型系統(tǒng)的一種擴(kuò)展，以支持創(chuàng)建可以按類型進(jìn)行參數(shù)化的類。可以把類型參數(shù)看作是使用參數(shù)化類型時指定的類型的一個占位符，就像方法的形式參數(shù)是運行時傳遞的值的占位符一樣。
可以在集合框架（Collection framework）中看到泛型的動機(jī)。例如，Map 類允許您向一個 Map 添加任意類的對象，即使最常見的情況是在給定映射（map）中保存某個特定類型（比如 String）的對象。
因為 Map.get() 被定義為返回 Object，所以一般必須將 Map.get() 的結(jié)果強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換為期望的類型，如下面的代碼所示：
Map m = new HashMap();
m.put("key", "blarg");
String s = (String) m.get("key");
要讓程序通過編譯，必須將 get() 的結(jié)果強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換為 String，并且希望結(jié)果真的是一個 String。但是有可能某人已經(jīng)在該映射中保存了不是 String 的東西，這樣的話，上面的代碼將會拋出 ClassCastException。
理想情況下，您可能會得出這樣一個觀點，即 m 是一個 Map，它將 String 鍵映射到 String 值。這可以讓您消除代碼中的強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換，同時獲得一個附加的類型檢查層，該檢查層可以防止有人將錯誤類型的鍵或值保存在集合中。這就是泛型所做的工作。
泛型的好處
Java 語言中引入泛型是一個較大的功能增強(qiáng)。不僅語言、類型系統(tǒng)和編譯器有了較大的變化，以支持泛型，而且類庫也進(jìn)行了大翻修，所以許多重要的類，比如集合框架，都已經(jīng)成為泛型化的了。這帶來了很多好處：
類型安全。泛型的主要目標(biāo)是提高 Java 程序的類型安全。通過知道使用泛型定義的變量的類型限制，編譯器可以在一個高得多的程度上驗證類型假設(shè)。沒有泛型，這些假設(shè)就只存在于程序員的頭腦中（或者如果幸運的話，還存在于代碼注釋中）。
Java 程序中的一種流行技術(shù)是定義這樣的集合，即它的元素或鍵是公共類型的，比如“String 列表”或者“String 到 String 的映射”。通過在變量聲明中捕獲這一附加的類型信息，泛型允許編譯器實施這些附加的類型約束。類型錯誤現(xiàn)在就可以在編譯時被捕獲了，而不是在運行時當(dāng)作 ClassCastException 展示出來。將類型檢查從運行時挪到編譯時有助于您更容易找到錯誤，并可提高程序的可靠性。
消除強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換。泛型的一個附帶好處是，消除源代碼中的許多強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換。這使得代碼更加可讀，并且減少了出錯機(jī)會。
盡管減少強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換可以降低使用泛型類的代碼的羅嗦程度，但是聲明泛型變量會帶來相應(yīng)的羅嗦。比較下面兩個代碼例子。
該代碼不使用泛型：
List li = new ArrayList();
li.put(new Integer(3));
Integer i = (Integer) li.get(0);
該代碼使用泛型：
List<Integer> li = new ArrayList<Integer>();
li.put(new Integer(3));
Integer i = li.get(0);
在簡單的程序中使用一次泛型變量不會降低羅嗦程度。但是對于多次使用泛型變量的大型程序來說，則可以累積起來降低羅嗦程度。
潛在的性能收益。泛型為較大的優(yōu)化帶來可能。在泛型的初始實現(xiàn)中，編譯器將強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換（沒有泛型的話，程序員會指定這些強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換）插入生成的字節(jié)碼中。但是更多類型信息可用于編譯器這一事實，為未來版本的 JVM 的優(yōu)化帶來可能。
由于泛型的實現(xiàn)方式，支持泛型（幾乎）不需要 JVM 或類文件更改。所有工作都在編譯器中完成，編譯器生成類似于沒有泛型（和強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換）時所寫的代碼，只是更能確保類型安全而已。
(二)
泛型用法的例子
泛型的許多最佳例子都來自集合框架，因為泛型讓您在保存在集合中的元素上指定類型約束。考慮這個使用 Map 類的例子，其中涉及一定程度的優(yōu)化，即 Map.get() 返回的結(jié)果將確實是一個 String：
Map m = new HashMap();
m.put("key", "blarg");
String s = (String) m.get("key");
如果有人已經(jīng)在映射中放置了不是 String 的其他東西，上面的代碼將會拋出 ClassCastException。泛型允許您表達(dá)這樣的類型約束，即 m 是一個將 String 鍵映射到 String 值的 Map。這可以消除代碼中的強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換，同時獲得一個附加的類型檢查層，這個檢查層可以防止有人將錯誤類型的鍵或值保存在集合中。
下面的代碼示例展示了 JDK 5.0 中集合框架中的 Map 接口的定義的一部分：
public interface Map<K, V> {
public void put(K key, V value);
public V get(K key);
}
注意該接口的兩個附加物：
類型參數(shù) K 和 V 在類級別的規(guī)格說明，表示在聲明一個 Map 類型的變量時指定的類型的占位符。
在 get()、put() 和其他方法的方法簽名中使用的 K 和 V。
為了贏得使用泛型的好處，必須在定義或?qū)嵗?/span> Map 類型的變量時為 K 和 V 提供具體的值。以一種相對直觀的方式做這件事：
Map<String, String> m = new HashMap<String, String>();
m.put("key", "blarg");
String s = m.get("key");
當(dāng)使用 Map 的泛型化版本時，您不再需要將 Map.get() 的結(jié)果強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換為 String，因為編譯器知道 get() 將返回一個 String。
在使用泛型的版本中并沒有減少鍵盤錄入；實際上，比使用強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換的版本需要做更多鍵入。使用泛型只是帶來了附加的類型安全。因為編譯器知道關(guān)于您將放進(jìn) Map 中的鍵和值的類型的更多信息，所以類型檢查從執(zhí)行時挪到了編譯時，這會提高可靠性并加快開發(fā)速度。
向后兼容
在 Java 語言中引入泛型的一個重要目標(biāo)就是維護(hù)向后兼容。盡管 JDK 5.0 的標(biāo)準(zhǔn)類庫中的許多類，比如集合框架，都已經(jīng)泛型化了，但是使用集合類（比如 HashMap 和 ArrayList）的現(xiàn)有代碼將繼續(xù)不加修改地在 JDK 5.0 中工作。當(dāng)然，沒有利用泛型的現(xiàn)有代碼將不會贏得泛型的類型安全好處。
(三)
類型參數(shù)
在定義泛型類或聲明泛型類的變量時，使用尖括號來指定形式類型參數(shù)。形式類型參數(shù)與實際類型參數(shù)之間的關(guān)系類似于形式方法參數(shù)與實際方法參數(shù)之間的關(guān)系，只是類型參數(shù)表示類型，而不是表示值。
泛型類中的類型參數(shù)幾乎可以用于任何可以使用類名的地方。例如，下面是 java.util.Map 接口的定義的摘錄：
public interface Map<K, V> {
public void put(K key, V value);
public V get(K key);
}
Map 接口是由兩個類型參數(shù)化的，這兩個類型是鍵類型 K 和值類型 V。（不使用泛型）將會接受或返回 Object 的方法現(xiàn)在在它們的方法簽名中使用 K 或 V，指示附加的類型約束位于 Map 的規(guī)格說明之下。
當(dāng)聲明或者實例化一個泛型的對象時，必須指定類型參數(shù)的值：
Map<String, String> map = new HashMap<String, String>();
注意，在本例中，必須指定兩次類型參數(shù)。一次是在聲明變量 map 的類型時，另一次是在選擇 HashMap 類的參數(shù)化以便可以實例化正確類型的一個實例時。
編譯器在遇到一個 Map<String, String> 類型的變量時，知道 K 和 V 現(xiàn)在被綁定為 String，因此它知道在這樣的變量上調(diào)用 Map.get() 將會得到 String 類型。
除了異常類型、枚舉或匿名內(nèi)部類以外，任何類都可以具有類型參數(shù)。
命名類型參數(shù)
推薦的命名約定是使用大寫的單個字母名稱作為類型參數(shù)。這與 C++ 約定有所不同（參閱附錄 A：與 C++ 模板的比較），并反映了大多數(shù)泛型類將具有少量類型參數(shù)的假定。對于常見的泛型模式，推薦的名稱是：
K —— 鍵，比如映射的鍵。
V —— 值，比如 List 和 Set 的內(nèi)容，或者 Map 中的值。
E —— 異常類。
T ——泛型。
泛型不是協(xié)變的
關(guān)于泛型的混淆，一個常見的來源就是假設(shè)它們像數(shù)組一樣是協(xié)變的。其實它們不是協(xié)變的。List<Object> 不是 List<String> 的父類型。
如果 A 擴(kuò)展 B，那么 A 的數(shù)組也是 B 的數(shù)組，并且完全可以在需要 B[] 的地方使用 A[]：
Integer[] intArray = new Integer[10];
Number[] numberArray = intArray;
上面的代碼是有效的，因為一個 Integer 是一個 Number，因而一個 Integer 數(shù)組是一個 Number 數(shù)組。但是對于泛型來說則不然。下面的代碼是無效的：
List<Integer> intList = new ArrayList<Integer>();
List<Number> numberList = intList; // invalid
最初，大多數(shù) Java 程序員覺得這缺少協(xié)變很煩人，或者甚至是“壞的（broken）”，但是之所以這樣有一個很好的原因。如果可以將 List<Integer> 賦給 List<Number>，下面的代碼就會違背泛型應(yīng)該提供的類型安全：
List<Integer> intList = new ArrayList<Integer>();
List<Number> numberList = intList; // invalid
numberList.add(new Float(3.1415));
因為 intList 和 numberList 都是有別名的，如果允許的話，上面的代碼就會讓您將不是 Integers 的東西放進(jìn) intList 中。但是，正如下一屏將會看到的，您有一個更加靈活的方式來定義泛型。
(四)
類型通配符
假設(shè)您具有該方法：
void printList(List l) {
for (Object o : l)
System.out.println(o);
}
上面的代碼在 JDK 5.0 上編譯通過，但是如果試圖用 List<Integer> 調(diào)用它，則會得到警告。出現(xiàn)警告是因為，您將泛型（List<Integer>）傳遞給一個只承諾將它當(dāng)作 List（所謂的原始類型）的方法，這將破壞使用泛型的類型安全。
如果試圖編寫像下面這樣的方法，那么將會怎么樣？
void printList(List<Object> l) {
for (Object o : l)
System.out.println(o);
}
它仍然不會通過編譯，因為一個 List<Integer> 不是一個 List<Object>（正如前一屏泛型不是協(xié)變的中所學(xué)的）。這才真正煩人 —— 現(xiàn)在您的泛型版本還沒有普通的非泛型版本有用！
解決方案是使用類型通配符：
void printList(List<?> l) {
for (Object o : l)
System.out.println(o);
}
上面代碼中的問號是一個類型通配符。它讀作“問號”。List<?> 是任何泛型 List 的父類型，所以您完全可以將 List<Object>、List<Integer> 或 List<List<List<Flutzpah>>> 傳遞給 printList()。
類型通配符的作用
前面類型通配符中引入了類型通配符，這讓您可以聲明 List<?> 類型的變量。您可以對這樣的 List 做什么呢？非常方便，可以從中檢索元素，但是不能添加元素。原因不是編譯器知道哪些方法修改列表哪些方法不修改列表，而是（大多數(shù)）變化的方法比不變化的方法需要更多的類型信息。下面的代碼則工作得很好：
List<Integer> li = new ArrayList<Integer>();
li.add(new Integer(42));
List<?> lu = li;
System.out.println(lu.get(0));
為什么該代碼能工作呢？對于 lu，編譯器一點都不知道 List 的類型參數(shù)的值。但是編譯器比較聰明，它可以做一些類型推理。在本例中，它推斷未知的類型參數(shù)必須擴(kuò)展 Object。（這個特定的推理沒有太大的跳躍，但是編譯器可以作出一些非常令人佩服的類型推理，后面就會看到（在底層細(xì)節(jié)一節(jié)中）。所以它讓您調(diào)用 List.get() 并推斷返回類型為 Object。
另一方面，下面的代碼不能工作：
List<Integer> li = new ArrayList<Integer>();
li.add(new Integer(42));
List<?> lu = li;
lu.add(new Integer(43)); // error
在本例中，對于 lu，編譯器不能對 List 的類型參數(shù)作出足夠嚴(yán)密的推理，以確定將 Integer 傳遞給 List.add() 是類型安全的。所以編譯器將不允許您這么做。
以免您仍然認(rèn)為編譯器知道哪些方法更改列表的內(nèi)容哪些不更改列表內(nèi)容，請注意下面的代碼將能工作，因為它不依賴于編譯器必須知道關(guān)于 lu 的類型參數(shù)的任何信息：
List<Integer> li = new ArrayList<Integer>();
li.add(new Integer(42));
List<?> lu = li;
lu.clear();
泛型方法
（在類型參數(shù)一節(jié)中）您已經(jīng)看到，通過在類的定義中添加一個形式類型參數(shù)列表，可以將類泛型化。方法也可以被泛型化，不管它們定義在其中的類是不是泛型化的。
泛型類在多個方法簽名間實施類型約束。在 List<V> 中，類型參數(shù) V 出現(xiàn)在 get()、add()、contains() 等方法的簽名中。當(dāng)創(chuàng)建一個 Map<K, V> 類型的變量時，您就在方法之間宣稱一個類型約束。您傳遞給 add() 的值將與 get() 返回的值的類型相同。
類似地，之所以聲明泛型方法，一般是因為您想要在該方法的多個參數(shù)之間宣稱一個類型約束。例如，下面代碼中的 ifThenElse() 方法，根據(jù)它的第一個參數(shù)的布爾值，它將返回第二個或第三個參數(shù)：
public <T> T ifThenElse(boolean b, T first, T second) {
return b ? first : second;
}
注意，您可以調(diào)用 ifThenElse()，而不用顯式地告訴編譯器，您想要 T 的什么值。編譯器不必顯式地被告知 T 將具有什么值；它只知道這些值都必須相同。編譯器允許您調(diào)用下面的代碼，因為編譯器可以使用類型推理來推斷出，替代 T 的 String 滿足所有的類型約束：
String s = ifThenElse(b, "a", "b");
類似地，您可以調(diào)用：
Integer i = ifThenElse(b, new Integer(1), new Integer(2));
但是，編譯器不允許下面的代碼，因為沒有類型會滿足所需的類型約束：
String s = ifThenElse(b, "pi", new Float(3.14));
為什么您選擇使用泛型方法，而不是將類型 T 添加到類定義呢？（至少）有兩種情況應(yīng)該這樣做：
當(dāng)泛型方法是靜態(tài)的時，這種情況下不能使用類類型參數(shù)。
當(dāng) T 上的類型約束對于方法真正是局部的時，這意味著沒有在相同類的另一個方法簽名中使用相同類型 T 的約束。通過使得泛型方法的類型參數(shù)對于方法是局部的，可以簡化封閉類型的簽名。
有限制類型
在前面泛型方法的例子中，類型參數(shù) V 是無約束的或無限制的類型。有時在還沒有完全指定類型參數(shù)時，需要對類型參數(shù)指定附加的約束。
考慮例子 Matrix 類，它使用類型參數(shù) V，該參數(shù)由 Number 類來限制：
public class Matrix<V extends Number> { ... }
編譯器允許您創(chuàng)建 Matrix<Integer> 或 Matrix<Float> 類型的變量，但是如果您試圖定義 Matrix<String> 類型的變量，則會出現(xiàn)錯誤。類型參數(shù) V 被判斷為由 Number 限制。在沒有類型限制時，假設(shè)類型參數(shù)由 Object 限制。這就是為什么前一屏泛型方法中的例子，允許 List.get() 在 List<?> 上調(diào)用時返回 Object，即使編譯器不知道類型參數(shù) V 的類型