编译期间确定类型安全——泛型（Generics）

　　泛型是提供给Javac编译器使用的。可以限定集合中输入的类型，让编译器挡住原始程序的非法输入，编译器编译带类型说明的集合时会去掉“类型”信息，使程序运行效率不受影响，对于参数化的泛型类型，getClass()方法的返回值和原始类型完全一样，由于编译生成的字节码会去掉泛型的类型信息，只要能跳过编译器，就可以往某个泛型集合中加入其它类型的数据，例如，用反射得到集合，再调用其add方法即可。

　　ArrayList<E>类定义和ArrayList<Integer>类引用中涉及如下术语：

　　整个称为ArrayList<E>泛型类型，ArrayList<E>中的E称为类型变量或类型参数，整个ArrayList<Integer>称为参数化的类型，ArrayList<Integer>中的Integer称为类型参数的实例或实际类型参数，ArrayList<Integer>中的<>念着typeof，ArrayList称为原始类型。

　　参数化类型与原始类型的兼容性：
　　参数化类型可以引用一个原始类型的对象，编译报告警告，例如，　　

　　Collection<String> c = new Vector ();

　　原始类型可以引用一个参数化类型的对象，编译报告警告，例如，

　　Collection c = new Vector<String>();

　　参数化类型不考虑类型参数的继承关系：

　　Vector<String> v = new Vector<Object>()    // 错误
　　Vector<Object> v = new Vector<String>()    // 也错误

　　类型擦除

　　正确理解泛型概念的首要前提是理解类型擦除（type erasure）。 Java中的泛型类似于C++中的模板，但是这种相似性仅限于表面，Java中的泛型基本上都是在编译器这个层次来实现的。属于编译器执行类型检查和类型诊断，然后生成普通的非泛型的字节码，也就是在生成的Java字节代码中是不包含泛型中的类型信息的，使用泛型的时候加上的类型参数，会被编译器在编译的时候去掉。这种实现技术称为类型擦除。如在代码中定义的List<Object>和List<String>等类型，在编译之后都会变成List。JVM看到的只是List，而由泛型附加的类型信息对JVM来说是不可见的。Java编译器会在编译时尽可能的发现可能出错的地方，但是仍然无法避免在运行时刻出现类型转换异常的情况。

　　很多泛型的奇怪特性都与这个类型擦除的存在有关，包括：

• 泛型类并没有自己独有的Class类对象。比如并不存在List<String>.class或是List<Integer>.class，而只有List.class；
• 静态变量是被泛型类的所有实例所共享的。对于声明为MyClass<T>的类，访问其中的静态变量的方法仍然是 MyClass.myStaticVar。不管是通过new MyClass<String>还是new MyClass<Integer>创建的对象，都是共享一个静态变量。
• 泛型的类型参数不能用在Java异常处理的catch语句中。因为异常处理是由JVM在运行时刻来进行的。由于类型信息被擦除，JVM是无法区分两个异常类型MyException<String>和MyException<Integer>的。对于JVM来说，它们都是MyException类型的。也就无法执行与异常对应的catch语句。

　　实例分析

　　了解了类型擦除机制之后，就会明白编译器承担了全部的类型检查工作。编译器禁止某些泛型的使用方式，正是为了确保类型的安全性。以上面提到的List<Object>和List<String>为例来具体分析：

　　public void inspect(List<Object> list) {    
    　　for (Object obj : list) {        
        　　System.out.println(obj);    
    　　}    
    　　list.add(1); //这个操作在当前方法的上下文是合法的。 
　　}
　　public void test() {    
    　　List<String> strs = new ArrayList<String>();    
    　　inspect(strs); //编译错误 
　　}  

　　这段代码中，inspect()方法接受List<Object>作为参数，当在test方法中试图传入List<String>的时候，会出现编译错误。假设这样的做法是允许的，那么在inspect方法就可以通过list.add(1)来向集合中添加一个数字。这样在test方法看来，其声明为List<String>的集合中却被添加了一个Integer类型的对象。这显然是违反类型安全的原则的，在某个时候肯定会抛出ClassCastException。因此，编译器禁止这样的行为。编译器会尽可能的检查可能存在的类型安全问题。对于确定是违反相关原则的地方，会给出编译错误。当编译器无法判断类型的使用是否正确的时候，会给出警告信息。 　　

　　通配符与上下界

　　在使用泛型类的时候，既可以指定一个具体的类型，如List<String>就声明了具体的类型是String；也可以用通配符?来表示未知类型，如List<?>就声明了List中包含的元素类型是未知的。 通配符所代表的其实是一组类型，但具体的类型是未知的。List<?>所声明的就是所有类型都是可以的。但是List<?>并不等同于List<Object>。List<Object>实际上确定了List中包含的是Object及其子类，在使用的时候都可以通过Object来进行引用。而List<?>则其中所包含的元素类型是不确定。其中可能包含的是String，也可能是 Integer。如果它包含了String的话，往里面添加Integer类型的元素就是错误的。正因为类型未知，就不能通过new ArrayList<?>()的方法来创建一个新的ArrayList对象。因为编译器无法知道具体的类型是什么。但是对于 List<?>中的元素确总是可以用Object来引用的，因为虽然类型未知，但肯定是Object及其子类。考虑下面的代码：

　　public void wildcard(List<?> list) {
    　　list.add(1);    //编译错误 
　　}

　　如上所示，试图对一个带通配符的泛型类进行操作的时候，总是会出现编译错误。其原因在于通配符所表示的类型是未知的。

　　因为对于List<?>中的元素只能用Object来引用，在有些情况下不是很方便。在这些情况下，可以使用上下界来限制未知类型的范围。 如List<? extends Number>说明List中可能包含的元素类型是Number及其子类。而List<? super Number>则说明List中包含的是Number及其父类。当引入了上界之后，在使用类型的时候就可以使用上界类中定义的方法。比如访问 List<? extends Number>的时候，就可以使用Number类的intValue等方法。

　　开发自己的泛型类

　　泛型类与一般的Java类基本相同，只是在类和接口定义上多出来了用<>声明的类型参数。一个类可以有多个类型参数，如 MyClass<X, Y, Z>。 每个类型参数在声明的时候可以指定上界。所声明的类型参数在Java类中可以像一般的类型一样作为方法的参数和返回值，或是作为域和局部变量的类型。但是由于类型擦除机制，类型参数并不能用来创建对象或是作为静态变量的类型。考虑下面的泛型类中的正确和错误的用法。

    class ClassTest<X extends Number, Y, Z> {    
        private X x;    
        private static Y y; //编译错误，不能用在静态变量中    
        public X getFirst() {
            return x;    
        }    
        public void wrong() {        
            Z z = new Z(); //编译错误，不能创建对象    
        }
    } 

参考资料：

　　http://www.infoq.com/cn/articles/cf-java-generics