第33项：优先考虑类型安全的异构容器
泛型最常用于集合，如Set和Map
但是，有时候你会需要更多的灵活性。例如，数据库行可以有任意多的列，如果能以类型安全的方式访问所有列就好了。幸运的是，有一种方法可以很容易地做到这一点。这种想法就是将键（key）进行参数化而不是将容器（container）参数化。然后将参数化的键提交给容器，来插入或者获取值。用泛型系统来确保值的类型与它的键相符。
简单地示范一下这种方法：考虑Favorites类，它允许其客户端从任意数量的其他类型中，保存和检索一个最喜爱的实例。Class对象充当参数化键的部分。之所以可以这样，是因为Class类是被泛型化了。类的类型从字面上来看不再只是简单的Class，而是Class。例如，String.class属于Class类型，Tnteger.class属于Class类型。当一个类的字面文字被用在方法中，来传达编译时和运行时的类型信息时，就被称作type token [Bracha04]。
Favorites类的API很简单，它看起来就像一个简单的map，除了键（而不是map）被参数化之外。客户端在设置和获取最喜爱的实例时提交Class对象。下面就是这个API：
// Typesafe heterogeneous container pattern - API
public class Favorites {
public <T> void putFavorite(Class<T> type, T instance);
public <T> T getFavorite(Class<T> type);
}
下面是一个Favorites类练习的示例程序，它保存、检索并打印一个最喜爱的String、Integer和Class实例：
// Typesafe heterogeneous container pattern - client
public static void main(String[] args) {
Favorites f = new Favorites();
f.putFavorite(String.class, "Java");
f.putFavorite(Integer.class, 0xcafebabe);
f.putFavorite(Class.class, Favorites.class);
String favoriteString = f.getFavorite(String.class);
int favoriteInteger = f.getFavorite(Integer.class);
Class<?> favoriteClass = f.getFavorite(Class.class);
System.out.printf("%s %x %s%n", favoriteString,
favoriteInteger, favoriteClass.getName());
}
正如所料，这段程序打印出的是Java cafebabe Favorites。顺便提一下，Java的printf方法与C的不同之处在于你应该在C中使用％n。％n生成的换行分隔符适用于特定的平台，它在许多平台上是\n，但不是所有平台上都是\n。
Favorites实例时类型安全（typesafe）的：当你想它请求String的时候，它从来不会返回一个Integer给你。同时它也是异构的（heterogeneous）：不像普通的map，它的所有键都是不同类型的。因此，我们将Favorites称作类型安全的异构容器（typesafe heterogeneous container）。
Favorites的实现小得出奇。它的完整实现如下：
// Typesafe heterogeneous container pattern - implementation
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));
}
}
这里发生了一些微妙的事情。每个Favorites实例都得到一个称作favorites的私有Map
第二件要注意的事情是，favorites Map的值类型只是Object。换句话说，Map并不能保证键和值之间的类型关系，既不能保证每个值的类型都与键的类型相同。事实上，Java的类型系统还没有强大到足以表达这一点。但我们知道这是事实，并在获取favorite的时候利用了这一点。
putFavorite方法的实现很简单：它只是把（从指定的Class对象到指定favoirte实例的）一个映射关系放到favorites中。如前所述，这是放弃了键和值之间的“类型联系”，因此无法知道这个值是键的一个实例。但是没关系，因为getFavorites方法能够并且的确重新建立了这种联系。
getFavorite方法的实现比putFavorite的更难一些。它先从favorites映射中获得与指定Class对象相对应的值。这正是要返回的对象引用，但它的编译时类型是错误的。它的类型只是Object（favorites映射的值类型），我们需要返回一个T。因此，getFavorite方法的实现利用Class的cast方法，将对象引用动态的转换（dynamically cast）成了Class对象所表示的类型。
cast方法是Java的强制转换操作符的动态模拟。它只是检验它的参数是否为Class对象所表示的类型的实例。如果是，就返回参数否则就抛出ClassCastException异常。我们知道，getFavorite中的cast调用永远不会抛出ClassCastException异常，并假设客户端代码正确无误地进行了编译。也就是说，我们知道favorites映射中的值会始终与键的类型相匹配。
cast方法之返回了它的参数，那它能为我们做什么呢？cast方法的签名充分利用了Class类被泛型化的这个事实。它的返回类型是Class对象的类型参数：
public class Class<T> {
T cast(Object obj);
}
这正是getFavorite方法所需要的，也正是让我们不必借助于未受检地转换成T就能确保Favorites类型安全的东西。
Favorites类有两种局限性值得注意。首先，恶意的客户端可以很轻松地破坏Favorites实例的类型安全，只要以它的原生态形式（raw form）使用Class对象。但会造成客户端代码在编译时产生未受检的警告。这与一般的集合实现，如HashSet和HashMap并没有什么区别。你可以很容易地利用原生态类型HashSet（第26项）将String放进HashSet中。也就是说，如果愿意付出一点点代价，就可以拥有运行时的类型安全。确保Favorites永远不会违背它的类型约束条件的方式是，让putFavorite方法检验instance是否真的是type所表示的类型的实例。我们已经知道这要如何进行了，只要使用一个动态的转换：
// Achieving runtime type safety with a dynamic cast
public <T> void putFavorite(Class<T> type, T instance) {
favorites.put(type, type.cast(instance));
}
java.util.Collections中有一些集合包装类采用了同样的技巧。它们称作checkedSet、checkedList、checkedMap，诸如此类。除了一个集合（或者映射）之外，它们的静态工厂嗨采用一个（或者两个）Class对象。静态工厂属于泛型方法，确保Class对象和集合的编译时类型相匹配。包装类给它们所封装的集合增加了具体化。例如，如果有人试图将Coin放进你的Collection，包装类就会在运行时抛出ClassCastException异常。在混合泛型和原生类型的应用程序中，这些包装类可用于跟踪将错误的类型元素添加到集合的客户端代码。
Favorites类的第二种局限性在于它不能用在不可具体化的（non-reifiable）类型中（第28项）。换句话说，你可以保存最喜爱的String或者String[]，但不能保存最喜爱的List。如果试图保存最喜爱的List，程序就不能进行编译。原因在于你无法为List获得一个Class对象：List.class是个语法错误，这也是件好事。List和List共用一个Class对象，即List.class。如果从“字面(type literal)”上来看，List.class和List.class是合法的，并返回了相同的对象引用，就会破坏Favorites对象的内部结构。这种限制没有完全令人满意的解决方法。
Favorites使用的类型令牌（type token）是无限制的：getFavorite和putFavorite接受任何Class对象。有时候，可能需要限制那些可以传给方法的类型。这可以通过有限制的类型令牌（bounded type token）来实现，它只是一个类型令牌，利用有限制；类型参数（第30项）或者有限制的通配符（第31项），来限制可以表示的类型。
注解API（第39项）广泛利用了有限制的类型令牌。例如，这是一个在运行时读取注解的方法。这个方法来自AnnotatedElement接口，它通过表示类、方法、域以及其他成语元素的反射类型来实现：
public <T extends Annotation>
T getAnnotation(Class<T> annotationType);
参数annotationType是一个表示注解类型的有限制的类型令牌。如果元素有这种类型的注解，该方法就将它返回，如果没有，则返回null。被注解的元素本质上是个类型安全的异构容器，容器的键属于注解类型。
假设你有一个类型Class的对象，并且想将它传给一个需要有限制的类型令牌的方法，例如getAnnotation。你可以将对象转换成Class，但是这种转换是非受检的，因此会产生一条编译时警告（第27项）。幸运的是，类Class提供了一个安全（且动态）地执行这种转换的实例方法。该方法称作asSubclass，它将调用它的Class对象转换成用其参数表示的类的一个子类。如果转换成功，该方法返回它的参数；如果失败，则抛出ClassCastException异常。
以下示范了如何利用asSubclass方法在编译时读取类型未知的注解。这个方法编译时没有出现错误或者警告：
// Use of asSubclass to safely cast to a bounded type token
static Annotation getAnnotation(AnnotatedElement element, String annotationTypeName) {
Class<?> annotationType = null; // Unbounded type token
try {
annotationType = Class.forName(annotationTypeName);
} catch (Exception ex) {
throw new IllegalArgumentException(ex);
}
return element.getAnnotation(annotationType.asSubclass(Annotation.class));
}
总而言之，集合API说明了泛型的一般用法，限制你每个容器只能有固定数目的类型参数。你可以通过将类型参数放在键上面而不是容器上来避开这一限制。对于这种类型安全的异构容器，可以使用Class对象作为键。以这种方式使用的Class对象称作类型令牌。你也可以使用定制的键类型。例如，用一个DatabaseRow类型表示一个数据库行（容器），用泛型Column作为它的键。