一. 泛型概念的提出（為什麼需要泛型）？
首先，我們看下下面這段簡短的代碼:
1 public class GenericTest {
2
3 public static void main(String[] args) {
4 List list = new ArrayList();
5 list.add("qqyumidi");
6 list.add("corn");
7 list.add(100);
8
9 for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
10 String name = (String) list.get(i); // 1
11 System.out.println("name:" + name);
12 }
13 }
14 }
定義了一個List類型的集合，先向其中加入了兩個字符串類型的值，隨後加入一個Integer類型的值。這是完全允許的，因為此時list默認的類型為Object類型。在之後的循環中，由於忘記了之前在list中也加入了Integer類型的值或其他編碼原因，很容易出現類似於//1中的錯誤。因為編譯階段正常，而運行時會出現“java.lang.ClassCastException”異常。因此，導致此類錯誤編碼過程中不易發現。
在如上的編碼過程中，我們發現主要存在兩個問題：
1.當我們將一個對象放入集合中，集合不會記住此對象的類型，當再次從集合中取出此對象時，改對象的編譯類型變成了Object類型，但其運行時類型任然為其本身類型。
2.因此，//1處取出集合元素時需要人為的強制類型轉化到具體的目標類型，且很容易出現“java.lang.ClassCastException”異常。
那麼有沒有什麼辦法可以使集合能夠記住集合內元素各類型，且能夠達到只要編譯時不出現問題，運行時就不會出現“java.lang.ClassCastException”異常呢？答案就是使用泛型。
二.什麼是泛型？
泛型，即“參數化類型”。一提到參數，最熟悉的就是定義方法時有形參，然後調用此方法時傳遞實參。那麼參數化類型怎麼理解呢？顧名思義，就是將類型由原來的具體的類型參數化，類似於方法中的變量參數，此時類型也定義成參數形式（可以稱之為類型形參），然後在使用/調用時傳入具體的類型（類型實參）。
看著好像有點復雜，首先我們看下上面那個例子采用泛型的寫法。
1 public class GenericTest {
2
3 public static void main(String[] args) {
4 /*
5 List list = new ArrayList();
6 list.add("qqyumidi");
7 list.add("corn");
8 list.add(100);
9 */
10
11 List<String> list = new ArrayList<String>();
12 list.add("qqyumidi");
13 list.add("corn");
14 //list.add(100); // 1 提示編譯錯誤
15
16 for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
17 String name = list.get(i); // 2
18 System.out.println("name:" + name);
19 }
20 }
21 }
采用泛型寫法後，在//1處想加入一個Integer類型的對象時會出現編譯錯誤，通過List<String>，直接限定了list集合中只能含有String類型的元素，從而在//2處無須進行強制類型轉換，因為此時，集合能夠記住元素的類型信息，編譯器已經能夠確認它是String類型了。
結合上面的泛型定義，我們知道在List<String>中，String是類型實參，也就是說，相應的List接口中肯定含有類型形參。且get()方法的返回結果也直接是此形參類型（也就是對應的傳入的類型實參）。下面就來看看List接口的的具體定義：
1 public interface List<E> extends Collection<E> {
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3 int size();
4
5 boolean isEmpty();
6
7 boolean contains(Object o);
8
9 Iterator<E> iterator();
10
11 Object[] toArray();
12
13 <T> T[] toArray(T[] a);
14
15 boolean add(E e);
16
17 boolean remove(Object o);
18
19 boolean containsAll(Collection<?> c);
20
21 boolean addAll(Collection<? extends E> c);
22
23 boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c);
24
25 boolean removeAll(Collection<?> c);
26
27 boolean retainAll(Collection<?> c);
28
29 void clear();
30
31 boolean equals(Object o);
32
33 int hashCode();
34
35 E get(int index);
36
37 E set(int index, E element);
38
39 void add(int index, E element);
40
41 E remove(int index);
42
43 int indexOf(Object o);
44
45 int lastIndexOf(Object o);
46
47 ListIterator<E> listIterator();
48
49 ListIterator<E> listIterator(int index);
50
51 List<E> subList(int fromIndex, int toIndex);
52 }
我們可以看到，在List接口中采用泛型化定義之後，<E>中的E表示類型形參，可以接收具體的類型實參，並且此接口定義中，凡是出現E的地方均表示相同的接受自外部的類型實參。
自然的，ArrayList作為List接口的實現類，其定義形式是：
1 public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
2 implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {
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4 public boolean add(E e) {
5 ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
6 elementData[size++] = e;
7 return true;
8 }
9
10 public E get(int index) {
11 rangeCheck(index);
12 checkForComodification();
13 return ArrayList.this.elementData(offset + index);
14 }
15
16 //...省略掉其他具體的定義過程
17
18 }
由此，我們從源代碼角度明白了為什麼//1處加入Integer類型對象編譯錯誤，且//2處get()到的類型直接就是String類型了。
三.自定義泛型接口、泛型類和泛型方法
從上面的內容中，大家已經明白了泛型的具體運作過程。也知道了接口、類和方法也都可以使用泛型去定義，以及相應的使用。是的，在具體使用時，可以分為泛型接口、泛型類和泛型方法。
自定義泛型接口、泛型類和泛型方法與上述Java源碼中的List、ArrayList類似。如下，我們看一個最簡單的泛型類和方法定義：
1 public class GenericTest {
2
3 public static void main(String[] args) {
4
5 Box<String> name = new Box<String>("corn");
6 System.out.println("name:" + name.getData());
7 }
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9 }
10
11 class Box<T> {
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13 private T data;
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15 public Box() {
16
17 }
18
19 public Box(T data) {
20 this.data = data;
21 }
22
23 public T getData() {
24 return data;
25 }
26
27 }
在泛型接口、泛型類和泛型方法的定義過程中，我們常見的如T、E、K、V等形式的參數常用於表示泛型形參，由於接收來自外部使用時候傳入的類型實參。那麼對於不同傳入的類型實參，生成的相應對象實例的類型是不是一樣的呢？
1 public class GenericTest {
2
3 public static void main(String[] args) {
4
5 Box<String> name = new Box<String>("corn");
6 Box<Integer> age = new Box<Integer>(712);
7
8 System.out.println("name class:" + name.getClass()); // com.qqyumidi.Box
9 System.out.println("age class:" + age.getClass()); // com.qqyumidi.Box
10 System.out.println(name.getClass() == age.getClass()); // true
11
12 }
13
14 }
由此，我們發現，在使用泛型類時，雖然傳入了不同的泛型實參，但並沒有真正意義上生成不同的類型，傳入不同泛型實參的泛型類在內存上只有一個，即還是原來的最基本的類型（本實例中為Box），當然，在邏輯上我們可以理解成多個不同的泛型類型。
究其原因，在於Java中的泛型這一概念提出的目的，導致其只是作用於代碼編譯階段，在編譯過程中，對於正確檢驗泛型結果後，會將泛型的相關信息擦出，也就是說，成功編譯過後的class文件中是不包含任何泛型信息的。泛型信息不會進入到運行時階段。
對此總結成一句話：泛型類型在邏輯上看以看成是多個不同的類型，實際上都是相同的基本類型。
四.類型通配符
接著上面的結論，我們知道，Box<Number>和Box<Integer>實際上都是Box類型，現在需要繼續探討一個問題，那麼在邏輯上，類似於Box<Number>和Box<Integer>是否可以看成具有父子關系的泛型類型呢？
為了弄清這個問題，我們繼續看下下面這個例子:
1 public class GenericTest {
2
3 public static void main(String[] args) {
4
5 Box<Number> name = new Box<Number>(99);
6 Box<Integer> age = new Box<Integer>(712);
7
8 getData(name);
9
10 //The method getData(Box<Number>) in the type GenericTest is
11 //not applicable for the arguments (Box<Integer>)
12 getData(age); // 1
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14 }
15
16 public static void getData(Box<Number> data){
17 System.out.println("data :" + data.getData());
18 }
19
20 }
我們發現，在代碼//1處出現了錯誤提示信息：The method getData(Box<Number>) in the t ype GenericTest is not applicable for the arguments (Box<Integer>)。顯然，通過提示信息，我們知道Box<Number>在邏輯上不能視為Box<Integer>的父類。那麼，原因何在呢？
1 public class GenericTest {
2
3 public static void main(String[] args) {
4
5 Box<Integer> a = new Box<Integer>(712);
6 Box<Number> b = a; // 1
7 Box<Float> f = new Box<Float>(3.14f);
8 b.setData(f); // 2
9
10 }
11
12 public static void getData(Box<Number> data) {
13 System.out.println("data :" + data.getData());
14 }
15
16 }
17
18 class Box<T> {
19
20 private T data;
21
22 public Box() {
23
24 }
25
26 public Box(T data) {
27 setData(data);
28 }
29
30 public T getData() {
31 return data;
32 }
33
34 public void setData(T data) {
35 this.data = data;
36 }
37
38 }
這個例子中，顯然//1和//2處肯定會出現錯誤提示的。在此我們可以使用反證法來進行說明。
假設Box<Number>在邏輯上可以視為Box<Integer>的父類，那麼//1和//2處將不會有錯誤提示了，那麼問題就出來了，通過getData()方法取出數據時到底是什麼類型呢？Integer? Float? 還是Number？且由於在編程過程中的順序不可控性，導致在必要的時候必須要進行類型判斷，且進行強制類型轉換。顯然，這與泛型的理念矛盾，因此，在邏輯上Box<Number>不能視為Box<Integer>的父類。
好，那我們回過頭來繼續看“類型通配符”中的第一個例子，我們知道其具體的錯誤提示的深層次原因了。那麼如何解決呢？總部能再定義一個新的函數吧。這和Java中的多態理念顯然是違背的，因此，我們需要一個在邏輯上可以用來表示同時是Box<Integer>和Box<Number>的父類的一個引用類型，由此，類型通配符應運而生。
類型通配符一般是使用 ? 代替具體的類型實參。注意了，此處是類型實參，而不是類型形參！且Box<?>在邏輯上是Box<Integer>、Box<Number>...等所有Box<具體類型實參>的父類。由此，我們依然可以定義泛型方法，來完成此類需求。
1 public class GenericTest {
2
3 public static void main(String[] args) {
4
5 Box<String> name = new Box<String>("corn");
6 Box<Integer> age = new Box<Integer>(712);
7 Box<Number> number = new Box<Number>(314);
8
9 getData(name);
10 getData(age);
11 getData(number);
12 }
13
14 public static void getData(Box<?> data) {
15 System.out.println("data :" + data.getData());
16 }
17
18 }
有時候，我們還可能聽到類型通配符上限和類型通配符下限。具體有是怎麼樣的呢？
在上面的例子中，如果需要定義一個功能類似於getData()的方法，但對類型實參又有進一步的限制：只能是Number類及其子類。此時，需要用到類型通配符上限。
1 public class GenericTest {
2
3 public static void main(String[] args) {
4
5 Box<String> name = new Box<String>("corn");
6 Box<Integer> age = new Box<Integer>(712);
7 Box<Number> number = new Box<Number>(314);
8
9 getData(name);
10 getData(age);
11 getData(number);
12
13 //getUpperNumberData(name); // 1
14 getUpperNumberData(age); // 2
15 getUpperNumberData(number); // 3
16 }
17
18 public static void getData(Box<?> data) {
19 System.out.println("data :" + data.getData());
20 }
21
22 public static void getUpperNumberData(Box<? extends Number> data){
23 System.out.println("data :" + data.getData());
24 }
25
26 }
此時，顯然，在代碼//1處調用將出現錯誤提示，而//2 //3處調用正常。
類型通配符上限通過形如Box<? extends Number>形式定義，相對應的，類型通配符下限為Box<? super Number>形式，其含義與類型通配符上限正好相反，在此不作過多闡述了。
五.話外篇
本文中的例子主要是為了闡述泛型中的一些思想而簡單舉出的，並不一定有著實際的可用性。另外，一提到泛型，相信大家用到最多的就是在集合中，其實，在實際的編程過程中，自己可以使用泛型去簡化開發，且能很好的保證代碼質量。並且還要注意的一點是，Java中沒有所謂的泛型數組一說。
對於泛型，最主要的還是需要理解其背後的思想和目的。
六.原文鏈接
Java總結篇系列：java泛型
