Effective Java读书笔记（4）—— 泛型

先简单说一下泛型，这是从Java5开始的一个重要新特性：比方说，我现在想建立一个容器，容器里存储的元素类型可以使任意类型（可以存储dog，也可以存储cat），当然一个容器对象只能存储某一种，不能一个容器寄存dog又存cat。在泛型出现之前，我们想实现上述的功能需要这么做：

ArrayList dogs = new ArrayList();  // 元素都是Object类型
dogs.add(new Dog());  // 向上转型为Object对象
Dog dog = (Dog)dogs.get(0);  // 手工向下转型为Dog类型
dogs.add(new Cat());  // 一个糊涂的程序员不小心加入了一个cat，不会报错，因为Cat也可以向上转型为Object类型
dog = (Dog)dogs.get(1);  // 报类型转换异常，Cat转Dog转不了

上面这个例子展现了泛型出现前的困境：

1. 用一个存储Object对象的容器来存储任意类型的时候，首先我们需要用容器名dogs来表明这个容器存的是什么类型的对象；
2. 在添加对象的时候一旦添加了错误的对象，编译时期并不会报错。一般来说我们希望有错误能够及早发现，最好在编译器就发现，而不是运行的时候再发现；
3. 获取对象的时候需要手动进行类型转换，比较繁琐，而且一旦出现了第二点中的问题，会报类型转换异常。

有了泛型后，只需要这样做：

ArrayList<Dog> dogs = new ArrayList<>();
dogs.add(new Dog());
Dog dog = dogs.get(0);
dogs.add(new Cat());  //  编译期报错

可以看到，上面的三个问题都得到了解决：

1. 泛型类型表明容器存储的对象类型；
2. 添加错误类型的对象，编译期报错；
3. 获取对象的时候无需手动类型转换 ；

泛型类型可以是具体类型，也可以是？通配符，也可以是或。

接下来介绍书里的建议：

第一条：不要使用原生态类型

上面的代码里，ArrayList是泛型类型，ArrayList是原生态类型，之所以保留原生态类型是为了向前兼容（保留原生态类型，也就是说加不加泛型类型对于JVM而言都是一样的，这就是Java泛型的类型擦除，Java的泛型和C++不同，更多的是一种语法糖）。

即使对于容器中存储的元素类型没有限制，也应当使用Collections的形式，也就是通配符，而不应该直接使用原生态类型。

第二条：消除非受检的警告

用泛型编程时会遇到许多编译器警告：非受检转换警告、非受检方法调用警告、非受检参数化可变参数类型警告。

要尽可能地消除每一个非受检警告，消除所有警告可以确保代码是类型安全的。

如果无法消除警告，且可以确保引起警告的代码是类型安全的，才可以用@SuppressWarnings("unchecked")注解来禁止警告。

并且，@SuppressWarnings("unchecked")的范围应该尽可能的小（后面直接跟一行代码），且给出注释，说明为什么一定是类型安全的。

第三条：列表优于数组

数组和泛型的两大不同点：

• 数组是协变的（若Son为Father的子类，那么Son[]便是Father[]的子类），泛型是可变的（List和List不存在继承关系）。

// 运行时才会出错
Object[] objects = new Long[1];
objects[0] = "hello";  // 运行时抛出ArrayStoreException

// 编译期就报错
List<Object> objects = new ArrayList<Long>();  // 报错Incompatible types

• 数组是具体化的，运行时知道元素类型；泛型原理是类型擦除，运行时并没有类型信息。不能创建泛型类型的数组（因为数组是具体化的，但是泛型类型在运行时不带类型信息），创建带通配类型的数组是合法的。

public class Chooser<T>{
	private final T[] choiceArray;

	public Chooser(Collections<T> choices){
		choiceArray = choices.toArray();
	}
}

在上面的代码中，我们试图调用Collections对象的toArray方法将其转换为T[]类型，其实Collections的泛型信息被擦除后相当于存储的是Object类型，Object[]转换成T[]会报错。更好的做法是吧choiceArray声明为List。

第四条：优先考虑泛型

当我们自己编写一个容器类（或者其他不指定具体类型的类）时，优先考虑使用泛型，而不是维护一个Object数组。

在编写泛型类的时候会出现一些编译期的警告，我们在确保类型安全的情况下可以禁止警告,比如我们定义一个泛型类Stack：

@SuppressWarnings("unchecked")
public Stack(){
	elements = new E[DEFUALT_INITIAL_SIZE];
}

elements字段类型是E[]，上面代码中new一个E类型的数组是不合法的，会报未受检警告。可以这么写：

@SuppressWarnings("unchecked")
public Stack(){
	elements = (E[])new Object[DEFUALT_INITIAL_SIZE];
}

当然，也可以直接把elements定义为Object数组，在取元素的时候转化成E（泛型类可以保证加进去的元素都是E类型的，所以虽然会有警告，但是同样可以通过@SuppressWarnings注解来禁止警告）。

但是上面代码里展示的方法可读性更强（通过elements的类型就知道装的是什么元素）也更简洁（取元素的时候直接取就行不用转换）,所以上面的写法更好。这种写法的缺点在于会导致堆污染（但在这个场景下不会造成什么危害）：数组的运行时类型与编译时类型不匹配。

第五条：优先考虑泛型方法

泛型方法就是带有泛型类型的方法，这个泛型类型可能是返回值或参数的类型。

什么时候需要用泛型方法呢？看下面的例子：

public static Set union(Set s1, Set s2){
	Set<E> result = new HashSet<>(s1);
	result.addAll(s2);
	return result;
}

上面的代码里，两个参数用的都是Set类型，即原生态类型，编译会报出未受检警告，类型不安全。更好的做法是将参数改为Set类型，这样整个方法就变成了泛型方法，签名如下：

public static <E> Set<E> union(Set<E> s1, Set<E> s2)

第六条：利用有限制通配符来提升API的灵活性

上面提到，List和List不存在继承关系，因此如果我们想在List里添加一个Integer对象是不可以的，虽然直觉上来说，Integer也是一个Number。

解决的方式呢，就是把List改成List就ok了。这是在向容器中生产元素的情况。

当我们从容器中消费元素的时候，

Integer i = (Integer)stack.pop();

那么这个Stack的类型应当是Stack。在选择通配符的时候，有一个PECS准则：producer-extends，consumer-super。

类型参数和通配符之间具有双重性，许多方法都可以利用其中一个或者另一个进行生命。比如下面两个方法声明可以实现相同的效果：

public static <E> void swap(List<E> list, int i, int j);

public static void swap(List<?> list, int i, int j)

一般来说，如果泛型类型仅在方法声明中出现，方法体中没有出现，用通配符比较好。

但是我们不能把除null以外的任何值放入List类型的容器中，只能这么做：

public static void swap(List<?> list, int i, int j){
	swapHelper(list, i, j);
}

private static <E> void swapHelper(List<E> list, int i, int j){
	list.set(i, list.set(j, list.get(i)));
}

虽然辅助函数还是用到了具体类型泛型，但是这是一个private方法，对客户端是不可见的。

第七条：谨慎并用泛型和可变参数

可变参数和泛型并不能良好地相互作用。可变参数的作用是让客户端能够将不定数量的参数传给方法，其实就是传了一个参数数组。

允许另一个方法访问一个泛型可变参数数组是不安全的，但将数组传给另一个用@SafeVarargs正确注解的可变参数方法是安全的，将数组传给只计算数组内容部分函数的非可变参数方法也是安全的。

第八条：优先考虑类型安全的异构容器

一般来说泛型类用来存储一个或多个同类型的元素，但时候我们需要更多的灵活性。

比如对于一个数据库表而言，比方说所有行都是Record类型，那么我们想以行为单位存储和访问的话，只需要构建List就可以了，但如果我们想以列为单位存储呢？每一列代表不同的字段，类型是不同的。为了存储不同类型的元素，我们可以将键进行参数化we不是将容器参数化，然后将参数化的键提交给容器来插入或获取值。

以Favorites类为例，允许客户端保存并获取一个“最喜爱”的实例。

public class Favorites{
	public <T> void putFavorite(Class<T> type, T instance);
	public <T> T getFavorite(Class<T> type);
}

完整实例如下：

public class Favorites{
	private Map<Class<?>, Object> favorites = new HashMap<>();
	
	public <T> void putFavorite(Class<T> type, T instance){
		favorites.put(Objects.requireNonNull(type), instance);
	}
	public <T> T getFavorite(Class<T> type){
		return type.cast(favorites.get(type));
	}
}

这个类有两大局限：

• 恶意客户端可以轻松破坏Favorites实例的类型安全（比如参数使用原生态的Class类型对象）
• 不能用在不可具体化的类型中，比如这个type不能为List。