深入理解Java泛型：JDK5的新特性

### 一、泛型概述

#### 1.1 泛型的基本概念

泛型是Java中的一种类型安全机制，旨在提高代码的安全性和可读性。它允许在定义类、接口或方法时使用参数化类型，从而在编译期捕获类型错误，而不是在运行时。

考虑以下代码片段：

```java
public class GenericDemo {
public static void main(String[] args) {
ArrayList list = new ArrayList();
list.add("hello");
list.add("world");
list.add("java");
list.add(10);
Iterator it = list.iterator();
while (it.hasNext()) {
String s = (String) it.next();
System.out.println(s);
}
}
}
```

这段代码在遍历时会抛出`ClassCastException`异常，因为在集合中存储了不同类型的对象（如`String`和`Integer`），而在遍历集合时却假定所有元素都是`String`类型。这种问题在编译期无法被检测到，导致运行时错误。

为了解决这个问题，Java引入了泛型，使得可以在创建集合时明确指定元素类型，从而避免类型转换错误。

#### 1.2 泛型的作用

早期版本的Java中，我们通常使用`Object`来表示任意类型的数据。虽然向上转型不会有问题，但在向下转型时可能会引发类型转换异常。为了提高程序的安全性，Java从JDK 5开始引入了泛型。

例如，假设有一个工具类`ObjectTool`，它可以存储任意类型的对象：

```java
public class ObjectTool {
private Object obj;
public Object getObj() { return obj; }
public void setObj(Object obj) { this.obj = obj; }
}
```

测试代码如下：

```java
public class ObjectToolDemo {
public static void main(String[] args) {
ObjectTool ot = new ObjectTool();
ot.setObj(new Integer(27));
Integer i = (Integer) ot.getObj();
System.out.println("年龄是: " + i);
ot.setObj(new String("林青霞"));
String s = (String) ot.getObj();
System.out.println("姓名是: " + s);
System.out.println("---------");
ot.setObj(new Integer(30));
// ClassCastException
String ss = (String) ot.getObj();
System.out.println("姓名是: " + ss);
}
}
```

可以看到，在没有泛型的情况下，程序在运行时可能会出现类型转换错误。而泛型可以提前在编译期发现这些问题。

#### 1.3 泛型的优势

- **编译期检查**：将类型错误提前到编译期，减少运行时错误。
- **避免强制类型转换**：不再需要显式的类型转换，提高了代码的可读性和安全性。
- **优化设计**：消除了黄色警告线，使代码更加简洁。

### 二、泛型的应用

#### 2.1 泛型类

泛型类是指将泛型定义在类上，格式如下：

```java
public class 类名 {
// 类体
}
```

其中，`T`是一个类型参数，必须是引用类型。

示例：

```java
public class ObjectTool {
private T obj;
public T getObj() { return obj; }
public void setObj(T obj) { this.obj = obj; }
}
```

测试代码：

```java
public class ObjectToolDemo {
public static void main(String[] args) {
ObjectTool ot = new ObjectTool<>();
ot.setObj("林青霞");
String s = ot.getObj();
System.out.println("姓名是: " + s);
ObjectTool ot2 = new ObjectTool<>();
ot2.setObj(new Integer(27));
Integer i = ot2.getObj();
System.out.println("年龄是: " + i);
}
}
```

#### 2.2 泛型方法

泛型方法是指将泛型定义在方法上，格式如下：

```java
public 返回类型 方法名(参数列表) {
// 方法体
}
```

示例：

```java
public class ObjectTool {
public void show(T t) {
System.out.println(t);
}
}
```

测试代码：

```java
public class ObjectToolDemo {
public static void main(String[] args) {
ObjectTool ot = new ObjectTool();
ot.show("hello");
ot.show(100);
ot.show(true);
}
}
```

#### 2.3 泛型接口

泛型接口是指将泛型定义在接口上，格式如下：

```java
public interface 接口名 {
// 接口体
}
```

示例：

```java
public interface Inter {
void show(T t);
}

public class InterImpl implements Inter {
@Override
public void show(T t) {
System.out.println(t);
}
}
```

测试代码：

```java
public class InterDemo {
public static void main(String[] args) {
InterImpl i = new InterImpl<>();
i.show("hello");
InterImpl ii = new InterImpl<>();
ii.show(100);
}
}
```

### 三、泛型高级（通配符）

通配符用于表示不确定的类型，主要有以下几种形式：

- `?`：任意类型。
- `? extends E`：E及其子类。
- `? super E`：E及其父类。

示例：

```java
public class GenericDemo {
public static void main(String[] args) {
Collection c1 = new ArrayList();
Collection c5 = new ArrayList();
Collection c6 = new ArrayList();
Collection c7 = new ArrayList();
Collection c8 = new ArrayList();
Collection c10 = new ArrayList();
Collection c11 = new ArrayList();
Collection c12 = new ArrayList();
Collection c13 = new ArrayList();
Collection c14 = new ArrayList();
}
}

class Animal {}

class Dog extends Animal {}

class Cat extends Animal {}
```

通过这些例子，我们可以更好地理解泛型和通配符的用法，以及它们如何提高代码的安全性和灵活性。