Java泛型进阶：自定义泛型集合与算法的高级技巧

# 1. Java泛型基础回顾

Java泛型是自JDK 5以来引入的一个强大的语言特性，它允许在编译时提供类型安全检查。通过使用泛型，可以创建参数化的类型，从而将类型从代码中独立出来，增加代码的可重用性并减少运行时类型转换的错误。

## 1.1 泛型概念及用途

泛型的核心概念是类型参数，这使得类、接口和方法能够操作各种类型的对象，而编译器能够在编译时期提供必要的类型检查。泛型的主要用途包括实现类型安全的集合类，编写能够适用于不同数据类型的通用算法，以及提高代码的重用性和可读性。

## 1.2 泛型类和方法的简单示例

泛型类可以通过在类名后使用尖括号`<T>`来定义，例如`class Box<T> { private T t; public void set(T t) { this.t = t; } public T get() { return t; } }`。泛型方法则是在返回类型之前指定类型参数，如`<T> T[] copyOf(T[] original, int newLength)`。

泛型的使用在很多场景下都是隐式的，但对于复杂的数据结构和算法实现，泛型提供了强大的抽象能力，使得代码可以在保持类型安全的同时，适应更多不同的数据类型。

# 2. 自定义泛型类和接口

## 2.1 泛型类的设计与实现

### 2.1.1 泛型类的基本构成

在Java中，泛型类允许在类的声明中使用类型参数。泛型类的定义通过在类名后面添加尖括号`< >`，并在其中声明一个或多个类型参数来实现。这些类型参数在类体中可以作为类型使用，允许类的创建者编写通用的代码。

public class Box<T> {
    private T t; // T stands for "Type"

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

    public T get() {
        return t;
    }
}

上述代码中`Box<T>`是一个泛型类，`T`是类型参数，可以被实例化为任意具体的类型。例如，创建一个字符串类型的`Box`实例和一个整型`Box`实例：

Box<String> stringBox = new Box<>();
stringBox.set("这是一个字符串");

Box<Integer> intBox = new Box<>();
intBox.set(100);

泛型类的创建者可以定义方法和变量类型，而不必在编译时指定具体的类型，这是泛型带来的灵活性。同时，泛型类也支持多重类型参数，可以通过逗号分隔来添加更多类型参数。

### 2.1.2 类型擦除与通配符的使用

类型擦除是Java泛型实现的一个核心概念，意味着在编译后的字节码中，泛型信息将被擦除，取而代之的是Java虚拟机能够处理的普通类型。这种机制对于性能有正面影响，但同时引入了通配符的使用。

通配符使用问号`<?>`表示，可以用于限定泛型类型，使得代码能够接受特定类型的子集，同时保持类型安全。常见的通配符用法包括无界通配符和有界通配符。

Box<?> unboundedWildcardBox = new Box<>();
unboundedWildcardBox.set("任意类型");

Box<? extends Number> boundedWildcardBox = new Box<>();
boundedWildcardBox.set(3.14); // Number 或者 Number 的子类类型

// 下面的代码是不正确的，因为不能确定具体的类型
// boundedWildcardBox.set("一个字符串");

在这个例子中，`unboundedWildcardBox`可以接受任何类型，而`boundedWildcardBox`只能接受`Number`类型及其子类。通过使用通配符，可以编写更灵活的代码，并提高方法的通用性。

通配符是泛型编程中重要的组成部分，它为编写灵活、通用的代码提供了可能，同时也为理解泛型的类型擦除机制提供了必要的工具。

# 3. 泛型集合的高级特性与实现

## 3.1 自定义泛型集合类

### 3.1.1 实现基本泛型集合

泛型集合类是Java泛型的核心组成部分之一，它允许集合存储特定类型的元素，提供编译时类型安全，避免运行时的ClassCastException。要创建一个基本的泛型集合类，我们可以先定义一个包含泛型参数的类结构，然后实现Collection接口的必要方法。

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;

public class GenericCollection<E> extends ArrayList<E> {
    // 使用 ArrayList 来实现一个基本的泛型集合类
    public GenericCollection() {
        super();
    }

    // 添加元素方法，这里不需要做特殊处理，ArrayList已提供支持
    @Override
    public boolean add(E e) {
        return super.add(e);
    }

    // 扩展一些其他方法时，需要确保类型安全
    // 例如，添加一个检查条件的方法来检查元素是否符合特定规则
    public boolean addIfValid(E e, Rule<E> rule) {
        if (rule.isValid(e)) {
            return super.add(e);
        }
        return false;
    }
}

// 规则接口，用于定义元素是否有效的条件
interface Rule<T> {
    boolean isValid(T element);
}

在上述代码中，`GenericCollection`类扩展了`ArrayList`，并利用泛型类型`E`来存储元素。该类利用了继承的`add(E e)`方法来添加元素，同时增加了一个自定义的`addIfValid`方法，允许在添加元素前进行有效性检查。

### 3.1.2 约束泛型集合的类型边界

在某些情况下，我们可能需要限制泛型类型参数可以接受的类型。这是通过所谓的“类型边界”来实现的。类型边界可以强制泛型类型参数必须是某个类的子类或实现某个接口。

public class Ge