### Java泛型教程
#### 1. 引言
Java Development Kit (JDK) 1.5 版本引入了对 Java 编程语言的几项扩展，其中一项就是引入了泛型（Generics）。本教程旨在介绍 Java 泛型的基础知识。如果你熟悉其他语言中的类似构造（例如 C++ 模板），你会很快发现它们之间既有相似之处也有重要的差异。如果你之前没有接触过类似概念，那么可以从头开始学习，避免误解。
#### 2. 定义简单的泛型
在 Java 中，泛型允许程序员编写类型无关的代码。最典型的例子是容器类型，如 `Collection` 层次结构中的各种类。下面是一个简单的使用示例：
```java
List myIntList = new LinkedList(); // 1
myIntList.add(new Integer(0)); // 2
Integer x = (Integer) myIntList.iterator().next(); // 3
```
在线 3 中的强制类型转换稍微有些麻烦。通常情况下，程序员知道某个列表中存储的是哪种类型的数据。然而，强制类型转换是必要的，因为编译器只能保证迭代器返回的对象是 `Object` 类型。为了确保将结果赋值给 `Integer` 类型变量的安全性，必须进行强制类型转换。
当然，这种类型转换不仅增加了代码的复杂度，还可能引入运行时错误，尤其是当程序员误判数据类型时。
如果程序员能够明确表达自己的意图，并标记列表只包含特定的数据类型，这正是泛型的核心思想。以下是使用泛型改写上述代码片段的例子：
```java
List<Integer> myIntList = new LinkedList<Integer>(); // 1'
myIntList.add(new Integer(0)); // 2'
Integer x = myIntList.iterator().next(); // 3'
```
#### 3. 泛型与子类型
在 Java 中，泛型类型遵循特定的子类型规则。例如，`List<String>` 并不是 `List<Object>` 的子类型。这意味着不能将 `List<String>` 的引用赋值给 `List<Object>` 类型的变量。这是为了确保类型安全，避免运行时的类型错误。
#### 4. 通配符
通配符（wildcards）是用来表示未知类型的占位符。它们使得可以在不知道具体类型的情况下操作泛型类型。例如：
```java
List<?> unknownList = new LinkedList<String>();
```
这里 `?` 表示未知类型，可以是任何类型。这样就可以处理不确定类型的列表，但不允许添加元素到这个列表中，因为不清楚列表中存储的是什么类型。
##### 4.1 有界通配符
有界通配符允许指定一个或多个类型边界。例如：
```java
List<? extends Number> numberList = new LinkedList<Integer>();
```
这里的 `? extends Number` 表示列表中的元素必须是 `Number` 或其子类型。同样地，可以使用 `? super T` 来表示列表中的元素必须是类型 `T` 或其父类型。
#### 5. 泛型方法
除了定义泛型类之外，Java 还支持泛型方法。这些方法可以在非泛型类中定义，并且可以接受泛型参数。例如：
```java
public class Example {
public <T> void print(T t) {
System.out.println(t);
}
}
```
这里 `<T>` 是泛型参数声明，`T` 可以代表任何类型。
#### 6. 与遗留代码的交互
##### 6.1 在泛型代码中使用遗留代码
在使用泛型时，有时需要与不支持泛型的遗留代码进行交互。例如，假设有一个不带泛型类型的列表：
```java
List list = new ArrayList();
// ... add some elements ...
List<String> stringList = (List<String>) list;
```
这里需要进行显式类型转换，但这可能导致运行时异常。为了避免这种情况，可以使用通配符或者泛型方法来安全地操作这些列表。
##### 6.2 抹除与转换
在运行时，所有泛型信息都会被抹除（erasure）。这意味着在运行时无法区分 `List<String>` 和 `List<Integer>`。这导致了泛型代码与非泛型代码之间的兼容性问题。Java 使用了一种称为“类型擦除”的技术，它将泛型类型转换为非泛型类型，并通过类型检查来确保类型安全。
##### 6.3 在遗留代码中使用泛型代码
在遗留代码中使用泛型代码时，需要注意类型擦除可能导致的一些问题。例如，当你从一个泛型方法返回一个泛型类型时，该类型会被擦除为对应的原始类型。这可能会导致类型不匹配的问题。
#### 7. 细节问题
##### 7.1 泛型类由所有调用共享
Java 泛型的一个重要特点是：每个泛型类实例实际上都是相同的类的实例，只是在编译时根据不同的类型参数进行了类型检查。这意味着不同类型的泛型实例实际上是同一个类的不同实例。
##### 7.2 类型转换和 `instanceof`
使用泛型时，需要特别注意类型转换和 `instanceof` 操作符的行为。例如，当使用 `instanceof` 检查泛型类型的实例时，由于类型擦除，实际检查的是对应的原始类型。
##### 7.3 数组
Java 泛型的一个限制是不能创建泛型数组。这是因为泛型类型在运行时被擦除，而创建数组需要具体的类型信息。
#### 8. 类文字作为运行时类型令牌
在 Java 中，可以使用类文字（class literals）来获取运行时的类型信息。这对于泛型类型尤其有用，因为类型擦除使得无法通过常规方式获取泛型类型的信息。例如：
```java
Class<?> type = String.class;
```
#### 9. 更多关于通配符的乐趣
通配符提供了许多强大的功能，包括有界通配符和通配符捕获等高级特性。
##### 9.1 通配符捕获
通配符捕获是一种机制，用于处理带有通配符的方法签名。例如，在方法签名中使用通配符时，Java 编译器会自动推断出合适的类型。
#### 10. 将遗留代码转换为使用泛型
将现有代码迁移到使用泛型时，需要注意以下几个关键点：
- **逐步迁移**：从简单的类开始，逐渐过渡到更复杂的类。
- **测试**：在每个阶段都要进行彻底的测试，确保代码仍然按预期工作。
- **类型擦除的影响**：了解类型擦除如何影响代码，特别是与泛型相关的类型转换和检查。
#### 11. 致谢
感谢所有为 Java 泛型设计和发展做出贡献的人们，他们的努力使得 Java 成为一种更加健壮和灵活的编程语言。
