理解Java中的泛型与集合框架

# 1. 泛型基础

## 1.1 什么是泛型？
泛型是Java中一种强大的编程特性，它使得代码可以更加灵活，同时提高了代码的复用性和安全性。通过泛型，可以在设计类、接口和方法时使用参数化类型，以便在使用时指定具体类型。

## 1.2 为什么需要泛型？
在没有泛型的情况下，使用集合类或者其他类似的容器，需要在编译时确定存储的元素类型。而泛型的引入可以使得容器可以存储任意类型的对象，从而提供了更大的灵活性和可重用性。

## 1.3 Java中泛型的基本语法
泛型的基本语法包括类型参数的定义和泛型类、泛型接口、泛型方法的使用。其中，类型参数用于声明类、接口、方法中的泛型类型，而泛型类、泛型接口、泛型方法则可以使用这些类型参数。Java中使用尖括号（<>）来声明泛型，如`List<E>`。

接下来，我们将深入了解泛型的更多细节。

# 2. 泛型类与泛型方法

在前一章中，我们已经了解了泛型的基本概念和语法。在本章中，我们将进一步学习如何定义和使用泛型类和泛型方法。

### 2.1 如何定义泛型类？

在Java中，我们可以使用泛型来定义一个类，使其可以在使用时指定具体的类型。泛型类可以通过在类名后面加上尖括号（<>）并在尖括号中指定类型来定义。

public class GenericClass<T> {
    private T element;

    public T getElement() {
        return element;
    }

    public void setElement(T element) {
        this.element = element;
    }
}

在上面的示例中，我们定义了一个泛型类`GenericClass`，其中的类型参数`T`可以在使用时指定具体的类型。通过`getElement`和`setElement`方法可以获取和设置`element`的值。

### 2.2 如何使用泛型方法？

除了可以在类级别上定义泛型，还可以在方法级别上定义泛型。泛型方法允许我们定义在方法中使用泛型类型的方式。在方法的返回类型前使用尖括号（<>）并在其中指定类型参数来定义泛型方法。

public class GenericMethod {
    public <T> void printArray(T[] array) {
        for (T element : array) {
            System.out.print(element + " ");
        }
        System.out.println();
    }
}

在上面的示例中，我们定义了一个泛型方法`printArray`来打印数组中的元素。注意在方法签名中的类型参数`<T>`可以在方法内部作为一个普通类型使用。

### 2.3 泛型通配符的使用

在使用泛型时，有时候需要将泛型类型限制为某个范围。Java提供了通配符（`?`）来表示未知类型。泛型通配符可以用于泛型类的实例化、方法的参数传递等。

public class GenericWildcard {
    public static void printList(List<?> list) {
        for (Object element : list) {
            System.out.print(element + " ");
        }
        System.out.println();
    }
}

在上面的示例中，我们定义了一个静态方法`printList`，其中的参数类型为`List<?>`，表示未知类型的List。使用通配符`?`时，我们无法调用与类型相关的方法，只能调用与类型无关的方法。

以上是关于泛型类与泛型方法的基本介绍，通过泛型，我们可以实现类型安全的代码，并增加代码的重用性和灵活性。在下一章中，我们将继续探讨泛型在集合框架中的应用。

# 3. 泛型集合框架

在Java中，集合框架是非常常用的一种数据结构，用于存储和操作一组对象。而泛型则是Java中的一种强大的特性，通过泛型可以在编译期间对代码进行类型检查，提高程序的类型安全性。

本章将介绍Java中的泛型集合框架，包括泛型集合类的常见用法和如何避免泛型类型擦除带来的问题。

#### 3.1 Java中的集合框架概述

Java中的集合框架主要包括以下几个核心接口：

- Collection：表示一组对象的容器，包括List、Set和Queue等子接口。
- List：有序的集合，可以包含重复的元素，常用的实现类有ArrayList和LinkedList。
- Set：无序的集合，不包含重复的元素，常用的实现类有HashSet和TreeSet。
- Queue：队列，按照一定顺序进行操作的集合，常用的实现类有LinkedList和PriorityQueue。
- Map：键值对的映射，常用的实现类有HashMap和TreeMap。

在集合框架中，通常会使用泛型来定义集合类的类型，以保证集合中只能存储指定类型的对象。例如，我们可以通过以下代码创建一个字符串类型的List：

List<String> list = new ArrayList<>();

#### 3.2 泛型集合类的常见用法

泛型集合类的常见用法包括添加元素、删除元素、遍历元素和查找元素等操作。下面以List和Set为例，介绍一些常用的操作示例。

##### 3.2.1 List的常见用法

List<String> list = new ArrayList<>();

// 添加元素
list.add("apple");
list.add("banana");
list.add("cherry");

// 删除元素
list.remove("banana");

// 遍历元素
for (String fruit : list) {
    System.out.println(fruit);
}

// 查找元素
int index = list.indexOf("cherry");
System.out.println("Index of cherry: " + index);

##### 3.2.2 Set的常见用法

Set<String> set = new HashSet<>();

// 添加元素
set.add("apple");
set.add("banana");
set.add("cherry");

// 删除元素
set.remove("banana");

// 遍历元素
for (String fruit : set) {
    System.out.println(fruit);
}

// 查找元素
boolean contains = set.contains("cherry");
System.out.println("Contains cherry: " + contains);

#### 3.3 如何避免泛型类型擦除带来的问题？

在Java的泛型中，类型参数在编译期间会被擦除，编译器会做一些类型转换操作。这可能会导致一些问题，如无法在运行时获取泛型类型信息。

为了避免泛型类型擦除带来的问题，我们可以通过一些技巧来进行处理。其中一种常用的方法是使用类型标记，即在泛型参数中传入具体的类型。例如，我们可以定义一个泛型类，并在构造函数中传入类型标记：

public class GenericClass<T> {
    private Class<T> type;

    public GenericClass(Class<T> type) {
        this.type = type;
    }

    public T createInstance() throws IllegalAccessException, InstantiationExcep