Java泛型编程：打造类型安全代码的核心技巧

# 1. Java泛型简介

在现代Java编程实践中，泛型（Generics）是构建强大且灵活的代码的重要工具。自Java 5版本引入以来，它允许开发者在编译时提供类型安全性，减少运行时的类型转换，提升代码的可读性和可维护性。

## 泛型概念的诞生

泛型的核心思想在于参数化类型，这意味着代码可以在定义时不指定具体的数据类型，而是在创建对象或调用方法时指定。这种设计方式带来了以下好处：
- 类型安全：泛型确保只有特定类型的对象可以被使用，从而避免了类型转换异常。
- 减少类型检查和转换：使用泛型之前，需要手动进行类型检查和转换，而泛型代码可以在编译时完成这些工作。
- 代码复用：泛型允许开发者编写能够适应不同数据类型的代码块，提高代码的通用性和复用性。

## 泛型的基本使用

泛型在Java中的应用主要体现在类、接口和方法中。一个简单的泛型类定义示例如下：

class Box<T> {
    private T t;

    public void set(T t) {
        this.t = t;
    }

    public T get() {
        return t;
    }
}

在这里，`T` 是一个类型参数，用于指代传递给 `Box` 类的具体类型。

在了解了泛型的基本概念后，第二章将深入探讨泛型类型和参数的定义和应用，为接下来的章节打下坚实的基础。

# 2. 泛型类型和参数

## 2.1 泛型类和接口

### 2.1.1 泛型类的定义和使用

泛型类允许在定义类的时候不指定其属性和方法的参数类型，而是把这部分类型参数化，以便在创建类实例时指定具体的类型。这种方式极大地增强了类的复用性和代码的类型安全。

下面是一个简单的泛型类的例子：

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

在上面的代码中，`Box` 是一个泛型类，`T` 代表一个泛型类型参数，可以在创建 `Box` 类的实例时指定。例如：

Box<Integer> integerBox = new Box<Integer>();
integerBox.set(10);
Integer someInteger = integerBox.get();

这段代码创建了一个 `Box` 的实例，专门用于存放 `Integer` 类型的对象。通过指定 `Integer` 类型给泛型参数 `T`，我们创建了一个具体化的泛型类，它的 `set` 和 `get` 方法将只接受和返回 `Integer` 类型。

### 2.1.2 泛型接口的应用场景

泛型接口和泛型类类似，都是在定义时延迟类型的具体化。泛型接口可以在实现时指定具体的类型，也可以在实现时保持类型参数，以便在不同的实现中使用不同的类型。

以一个简单的泛型接口 `Processor<T>` 为例，它定义了一个 `process` 方法，该方法接受一个 `T` 类型的参数并返回 `T` 类型的结果：

public interface Processor<T> {
    T process(T input);
}

如果有一个 `StringProcessor` 的实现，它将使用 `String` 类型：

public class StringProcessor implements Processor<String> {
    @Override
    public String process(String input) {
        return input.toUpperCase();
    }
}

另外，也可以定义一个泛型方法 `process`，在其中指定返回类型为 `T`：

public class GenericProcessor implements Processor {
    @Override
    public <T> T process(T input) {
        // 进行类型转换处理
        return input;
    }
}

在上述例子中，`GenericProcessor` 可以处理任何类型的输入，不需要为每种类型编写特定的处理逻辑。这种方式增加了代码的灵活性和泛型接口的应用范围。

## 2.2 泛型方法和构造函数

### 2.2.1 泛型方法的声明和调用

在Java中，泛型方法可以在普通类或者泛型类中定义。泛型方法的声明允许方法指定自己的类型参数，这些类型参数与类的类型参数是独立的。泛型方法使得在不改变类的继承关系的情况下，可以为不同的类型提供特定的操作。

以下是一个泛型方法的示例：

public class Util {
    public static <T> T maximum(T x, T y, T z) {
        T max = x;
        if(***pareTo(max) > 0) {
            max = y;
        }
        if(***pareTo(max) > 0) {
            max = z;
        }
        return max;
    }
}

在这个 `Util` 类中，`maximum` 方法是一个泛型方法，它使用了类型参数 `T`，`T` 必须实现了 `Comparable` 接口。我们可以使用这个泛型方法来找出三个数中的最大值，无论它们是整数、浮点数还是字符串。

调用泛型方法的例子：

Integer mi = Util.maximum(1, 2, 3);
Double md = Util.maximum(1.0, 2.0, 3.0);
String ms = Util.maximum("A", "B", "C");

### 2.2.2 泛型构造函数的特点

泛型也可以用在构造函数中，这允许构造函数在创建对象时接受类型参数。泛型构造函数跟泛型方法类似，可以为其声明特定的类型参数，以便在创建对象时使用。

以下是一个泛型构造函数的示例：

public class GenericClass<T> {
    private T t;

    public GenericClass(T t) {
        this.t = t;
    }

    public T getT() {
        return t;
    }

    public static <E> GenericClass<E> create(E e) {
        return new GenericClass<E>(e);
    }
}

在这个 `GenericClass` 类中，构造函数是泛型的，所以它可以接受不同类型的参数。另外，类中还有一个静态泛型方法 `create`，它允许外部调用时指定创建对象的类型参数。

调用泛型构造函数的例子：

GenericClass<Integer> integerBox = new GenericClass<>(10);
GenericClass<String> stringBox = new GenericClass<>("Hello Generic Box");

## 2.3 类型参数的限定

### 2.3.1 上界限定和下界限定

类型参数的限定是指为泛型类型的参数添加约束条件。泛型类、方法或接口中的类型参数可以使用 `extends` 关键字指定上界限定（即该类型是某个类的子类，或实现某个接口），以及使用 `super` 关键字指定下界限定（即该类型是某个类的父类）。

**上界限定** 用于指定类型参数必须是某个类的子类或者实现某个接口。例如：

public class GenericClass<T extends Number> {
    private T t;
    // ...
}

在上面的 `GenericClass` 中，`T` 被限定为 `Number` 或者它的子类，这样在使用这个类时，只能传递 `Number` 或者它的子类，例如 `Integer`、`Double` 等。

**下界限定** 用于指定类型参数必须是某个类的父类或者接口的父接口。例如：

public class GenericClass<T super Integer> {
    private T t;
    // ...
}

在这里，泛型参数 `T` 必须是 `Integer` 或者它的父类。下界限定可以用来实现“生产者”泛型方法，它们不关心提供的类型是什么，只关心从中“消费”数据。

### 2.3.2 使用通配符的技巧

在Java泛型中，通配符 `?` 提供了一种类型未知的占位符。它可以用于创建更灵