Item 26 不要使用原始类型
原始类型的问题在于类型不确定，在编译阶段看不出来问题，而将隐患拖到运行时
//一个 原始类型集合，对集合的元素类型没有约束
private final Collection stamps = ... ;
//往邮票集合添加硬币，编译器会警告但不报错
stamps.add(new Coin( ... ));
//当程序运行到这里时
for (Iterator i = stamps.iterator(); i.hasNext(); )
//如果放入了非Stamp对象，这里就会类型转化异常
Stamp stamp = (Stamp) i.next();
开发的一个重要守则就是尽早发现问题排除隐患，能在编译时排查的问题就不要拖到运行时，使用泛型可以有效的在编译阶段排查错误，避免运行时类型转化错误
//参数化的集合，指定集合元素必须时Stamp类型
private final Collection stamps = ... ;
//编译错误，在编译阶段明确告诉你类型转化异常
//stamps.add(new Coin( ... ));
stamps.add(new Stamp());
for (Iterator i = stamps.iterator(); i.hasNext(); )
//编译器做了隐式转化，因为确定元素是Stamp类型，所以不会有转化错误
Stamp stamp = i.next();
Java为了和之前没有泛型时代的代码兼容，编译的时候泛型信息会被擦除，在取出元素的时候会隐式的帮你做类型转换，正是有参数类型限制，这种转化可以确保是安全的。
那原始类型的集合和参数类型为Object的有什么区别，比如List和List
public static void main(String[] args) {
List strings = new ArrayList<>();
unsafeAdd(strings, Integer.valueOf(42));
//编译报错
safeAdd(strings, Integer.valueOf(42));
String s = strings.get(0);
}
//由于List是List的子类型，这里编译不会报错，只会警告，但类型却是不安全的，因为原始类型逃避泛型检查
private static void unsafeAdd(List list, Object o) {
list.add(o);
}
//List元素必须是Object类型，否则编译报错
private static void safeAdd(List 如果参数类型不重要，使用原始类型作为形参确实很方便，没有约束，但有很大隐患，实际开发中有一个更安全的替代方案：无上限通配符，使用这种参数类型的集合，除了Null你不能添加任何元素，也取不出来任何元素
public static void main(String[] args) {
Set s1 = new HashSet<>();
s1.add("one");
Set s2 = new HashSet<>();
s2.add(12);
int result = cacl(s1, s2);
System.out.println(result);
}
//不在乎Set集合元素的类型，但有需要类型安全
private static int cacl(Set s1, Set s2) {
int count = 0;
for (Object object : s2) {
if (s1.contains(object)) {
count++;
}
}
return count;
}
但有些例外，必须使用原始类型，一个就是类字面量
//合法
List.class, String[].class, and int.class
//不合法
List.class and List.class
另外一个就是instancof类型检查,因为泛型类型在运行时被擦除，所以除了无上限通配符参数类型外，其它参数类型使用instanceof都不合法，但这个无上限的通配符用上显得多余，所以使用instanceof判断就直接使用原始类型了，下面是推荐写法
if (o instanceof Set) {
//必须使用,说明是受检的转换，不会编译警告
Set s = (Set) o;
}
Item 27 消除非受检警告
尽可能消除编译阶段提示的每个未受检警告，这样可以极大的提高代码运行时的安全。有些时候实现没有办法消除未受检的警告，但你又确定代码是类型安全的，这种情况下可以使用@SuppressWarnings("unchecked")注解明确告诉编译器这个地方不需要警告，但这个注解的使用要注意两点
- 只有在你确定代码是类型安全的才使用，如果滥用只让编译的结果好看一点，但会隐藏问题给运行时埋下隐患
- 尽量精确的覆盖作用范围，粒度要小，能用在本地变量上就不要用在方法上，能用在方法上就不要用在类上，使用的地方需要给出注释说明理由
以ArrayList的toArray一个方法为例,这是来自Android SDK的源码，@SuppressWarnings("unchecked")直接作用在方法上，而且没有说明理由，其实你是看不出来这个注解对 Arrays.copyOf还是 System.arraycopy起作用或者两个方法都需要，如果以后里面添加一个类型不安全的方法，也会被抑制掩盖
@SuppressWarnings("unchecked")
public T[] toArray(T[] a) {
if (a.length < size)
// Make a new array of a's runtime type, but my contents:
return (T[]) Arrays.copyOf(elementData, size, a.getClass());
System.arraycopy(elementData, 0, a, 0, size);
if (a.length > size)
a[size] = null;
return a;
}
所以作者推荐的做法是这样的，因为return语句不能使用注解，为了让这个注解的作用范围更加精确，声明了本地变量result让这个注解作用其上，同时需要说明理由，这样代码的维护就更加明朗和安全。
public T[] toArray(T[] a) {
if (a.length < size) {
//这个转换是安全的，因为数组和我们的参数类型都是T
@SuppressWarnings("unchecked")
T[] result = (T[]) Arrays.copyOf(elements, size, a.getClass());
return result;
}
System.arraycopy(elements, 0, a, 0, size);
if (a.length > size)
a[size] = null;
return a;
}
总结有两点
- 重视未受检警告
- 准确的使用@SuppressWarnings("unchecked")注解，并添加注释说明理由
Item28列表优先于数组
为啥优先选择列表呢？因为列表能比数组更早的发现风险，这要从数组不同于列表的两个关键点说起
数组是协变类型(Covariant)，意指如果Child是Parent的子类型，那么Child[]也是Parent[]的子类型，但泛型是不变的，List
//因为数组是协变类型，这个编译是没问题的，却也掩盖了问题
Object[] objectArray = new Long[1];
//运行时抛异常ArrayStoreException
objectArray[0] = "I don't fit in";
数组是具体的(reified)，数组在运行时是知道元素类型的，而泛型仅在编译时限制元素类型，运行时元素类型会被擦除，这是为了和Java5之前的版本兼容。
正是由于这两点，泛型和数组无法配合使用，new List
//首先假如泛型数组是合法的，下面这个数组元素类型是List
List[] stringLists = new List[1];
//又创建一个列表，类型是List
List intList = List.of(42);
//因为数组是协变类型，List是子Object类型，所以List[]也是Object[]的子类型
Object[] objects = stringLists;
//因为泛型擦除，运行时List[]变成List[]，list变成list，所以这里不会抛ArrayStoreException异常
objects[0] = intList;
//但最后编译器想把取出的元素转化成String，实际取出的元素是Integer，于是就会抛ClassCastException
String s = stringLists[0].get(0);
技术上来说，像E、E[]、List
//可创建无上限通配符类型的数组
ArrayList[] listArray = new ArrayList[10];
ArrayList strings = new ArrayList<>();
strings.add("abc");
listArray[0] = strings;
ArrayList integers = new ArrayList<>();
integers.add(10);
listArray[1] =integers;
//参数类型为无上限通配符的List既不能添加元素也不能取出，但可以移除、比较
System.out.println(listArray[0].remove("abc"));//true
System.out.println(listArray[1].contains(10));//true
因为可变参数本质也是数组，所以它和泛型也配合不好，有令人不解的警告，可以使用SafeVarargs注解解决这个问题。如果在使用泛型数组时出现错误或警告，最好使用泛型列表替代。下面的代码使用的就是泛型数组，虽然我们确信转换是安全的，也可以通过注解让警告消失，但如果没有警告会更好
public class Chooser {
private final T[] choiceArray;
//参数类型都是T，是安全的
@SuppressWarnings("unchecked")
public Chooser(Collection choices) {
choiceArray = (T[]) choices.toArray();
}
// choose method unchanged}
下面使用泛型列表实现，虽然性能不及数组，但没有任何警告和错误，类型是安全的
public class Chooser {
private final List choiceList;
public Chooser(Collection choices) {
choiceList = new ArrayList<>(choices);
}
public T choose() {
Random rnd = ThreadLocalRandom.current();
return choiceList.get(rnd.nextInt(choiceList.size()));
}
}
数组和泛型区别小结如下，如果数组和泛型混用有问题，优先使用列表
| 数组 | 泛型 |
|---|---|
| 协变的，可具体化的 | 不变的，类型可擦除的 |
| 运行时类型安全，编译时类型不安全 | 编译时类型安全，运行时类型不安全 |
Item29首选泛型
在Item28中建议当遇到数组与列表时，优先考虑使用列表，但Java并不先天性的支持列表，Java列表是基于数组实现的，如ArrayList，这个时候就必须借助数组。下面是个简单的演示
public class Stack {
private E[] elements;
private int size = 0;
private static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;
//elements 是私有的，引用没有外泄，包含元素只有push方法的E，所以确定是类型安全的
@SuppressWarnings("unchecked")
public Stack() {
elements = (E[]) new Object[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY];
}
public void push(E e) {
elements[size++] = e;
}
public E pop() {
if (size == 0)
throw new EmptyStackException();
E result = elements[--size];
elements[size] = null;
return result;
}
}
上面这个泛型的实现还是很简洁的，只需要做一次类型转换，但缺点是有堆污染，也就是数组的编译时类型和运行时类型不一样，除非E是Object类型,即使这种情况下堆污染是无害的，也有些令人不爽，但我们还有下面的方案：使用Object数组，对取出的元素内部转换，而不是让客户端去做类型转换，这也是ArrayList的做法。
public class Stack {
private Object[] elements;
private int size = 0;
private static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;
public Stack() {
elements = new Object[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY];
}
public void push(E e) {
elements[size++] = e;
}
public E pop() {
if (size == 0)
throw new EmptyStackException();
//push时的元素只能是E，所以这里是类型安全的
@SuppressWarnings("unchecked")
E result = (E) elements[--size];
elements[size] = null;
return result;
}
}
上面泛型的参数类型只要是引用就是合法的，有些场景我们需要对参数类型进行限制，也就是有限制的类型参数，如下
public class DelayQueue extends AbstractQueue
implements BlockingQueue {
E extends Delayed说明参数类型必须是Delayed的子类，这样客户端在使用Delayed方法时就不需要冒险强转。泛型比那些需要在客户端做转换的类型要简单和安全，如有可能尽量泛型化。
Item 30 首选泛型方法
和类一样，方法也可以从泛型中获得同样的好处，尤其是静态工具方法,一个简单的静态泛型方法如下，特殊的地方在于修饰符static和返回值Set
public static Set union(Set s1, Set s2) {
Set result = new HashSet<>(s1);
result.addAll(s2);
return result;
}
书中介绍的常用于函数的泛型单列工厂模式，没看出来有什么用途，暂时跳过。
// Generic singleton factory pattern
private static UnaryOperator在深入理解 Java Object一文中介绍的比较两个对象是否相等的equals方法，就会发现使用的不是泛型，实现比较的代码就比较冗长且模版化
PhoneNumber.java
@Override
public boolean equals(Object o) {
//判断引用是否相等
if (o == this) {
return true;
}
if (!(o instanceof PhoneNumber)) {
return false;
}
PhoneNumber pNum = (PhoneNumber) o;
...
而对象如果要比较排序的话，通常需要实现下面这个泛型接口
public interface Comparable {
int compareTo(T o);
}
类型参数T限制了需要比较的对象的类型，因为绝大部分比较都是在同类型之间进行,这个方法的复写就比equals简洁的多
PhoneNumber.java
public class PhoneNumber implements Comparable {
@Override
public int compareTo(PhoneNumber phoneNumber) {
int result = Short.compare(areaCode, phoneNumber.areaCode);
if (result == 0) {
result = Short.compare(prefix, phoneNumber.prefix);
if (result == 0) {
result = Short.compare(linNum, phoneNumber.linNum);
}
}
return result;
}
}
Comparable
public static > E max(Collection c);
类型限制
总之，泛型方法和泛型一样，不需要转化参数就能使用，这样更加安全简洁，所以尽可能将方法泛型化。
Item 31 使用有限制通配符提升API的灵活性
在Item 28中提到过：参数化类型是不可变的。比如Integer是Number的子类，但List
public class Test {
public static void main(String[] args) {
List integers=new ArrayList<>(10);
integers.add(2);
//print(integers);编译不通过
}
public static void print(List number){
System.out.println(number.toString());
}
}
还好Java提供了一种有限制的通配符类型解决这类问题，我们对print方法作如下修改，这时输入参数的含义就不是Number的集合，而是Number的某个子类的集合(包括Number自己)。但示例仅仅说明有限制的通配符类型，并没有涉及泛型
public class Test {
public static void main(String[] args) {
List integers=new ArrayList<>(10);
integers.add(2);
print(integers);
}
//使用有限制的通配符类型
public static void print(List number){
System.out.println(number.toString());
}
}
在Item 29我们有个泛型类Stack
public class Stack {
public Stack();
public void push(E e);
public E pop();
public boolean isEmpty();
}
如果我们添加一个方法addAll，按照之前的思路会是下面这个样子
public void pushAll(Iterable src) {
for (E e : src)
push(e);
}
如果一个名为Obj的对象是E的子类，调用push(Obj)没有问题，但如前文所述，调用pushAll(Iterable
public void pushAll(Iterable src) {
for (E e : src)
push(e);
}
如果再添加一个方法，把Stack所有元素弹出到某个集合中，根据经验应该写成这样，其实这样编译不通过的，Java中父类引用可以指向子类对象，但反过来不行，下面就犯了这个错误，dst中的引用是E的子类类型，pop返回的是E，就好像往List
public void popAll(Collection dst) {
while (!isEmpty())
dst.add(pop());
}
知道错误在哪就好办了，只要 限定dst中元素引用是E的父类类型即可，只要把extends改成super即可
public void popAll(Collection dst) {
while (!isEmpty()) dst.add(pop());
}
关于使用extends还是super有一个口诀
- 如果输入参数是生产者，如addAll的参数，使用extends
- 如果是消费者，如popAll的参数，使用super
在上一节有这样一个泛型方法，之前也提到了这种输入参数和返回参数类型都一致的泛型不够灵活，只能是同一种类型
public static Set union(Set s1, Set s2) {
Set result = new HashSet<>(s1);
result.addAll(s2);
return result;
}
这个方法如果想把Integer类型和Double类型合并就做不到，所以需要使用有限制的通配符类型，两个参数都是生产者，修改如下，注意返回参数类型没变
public static Set union(Set s1, Set s2) {
Set result = new HashSet<>(s1);
result.addAll(s2);
return result;
}
这种带泛型的有限通配符类型方法使用起来就更加灵活
public static void main(String[] args) {
//Set没有of这个方法，编译是不通过的，为了演示简洁
Set integers = Set.of(1, 3, 5);
Set doubles = Set.of(2.0, 4.0, 6.0);
//Java 8可以推导出E的类型为Number
Set numbers = union(integers, doubles);
//Java 8 之前无法推导出，需要使用显示的类型参数
// Set numbers2 = Test.union(integers, doubles);
}
现在回头看Item 30的max方法，发现也有优化空间
- 参数c是生产者，从Collection
改成Collection<？ extends E> - Comparable始终是消费者，Comparable优于Comparable
//优化前
public static > E max(Collection c);
//优化后
public static > E max(Collection c);
举个例子说明这样优化的好处,下面代码来自JDK。Delayed接口继承了Comparable接口，类型参数为Delayed
public interface Delayed extends Comparable {
long getDelay(TimeUnit unit);
}
ScheduledFuture又继承了Delayed接口，所以间接的继承了Comparable接口，但是Comparable的类型参数不是ScheduledFuture，而是父类Delayed
public interface ScheduledFuture extends Delayed, Future {
}
所以下面这个集合就不能传入优化前的max方法
List> scheduledFutures = ... ;
因为ScheduledFuture没有 extends Comparable< ScheduledFuture >，而是extends Comparable
关于类型参数和通配符还有一些值得讨论，比如下面两个交换元素的静态方法，如果类型参数只在方法中出现一次，就可以用通配符替换
//使用类型参数实现
public static void swap(List list, int i, int j);
//使用通配符实现，更简单
public static void swap(List list, int i, int j);
虽然推荐第二种方法，但List有一个问题，就是除了Null，不能添加其它元素，好在我们有一个辅助方法弥补这个缺陷
public static void swap(List list, int i, int j) {
swapHelper(list, i, j);
}
//使用私有的方法捕获通配符类型
private static void swapHelper(List list, int i, int j) {
list.set(i, list.set(j, list.get(i)));
}
总的来说使用通配符让API更加灵活，基本原则就是
- 生产者使用extends
- 消费者使用super，所有的comparables 和 comparators 都是消费者
Item 32 谨慎结合泛型和可变参数
可变参数可以极大的方便方法的调用，它允许给一个方法传递可变数量的参数，如下所示
public static void main(String[] args) {
show("one","two");
show("one","two","three");
}
public static void show(String... msgs) {
for (String string : msgs) {
System.out.println(string);
}
}
但这样你可能还不满足，参数String是具体类型，如果改成下面这样的泛型参数岂不更妙，
public static void main(String[] args) {
show("one","two");
show(1,3,4);
show(1.2f,3,4f);
}
public static void show(T... msgs) {
for (T string : msgs) {
System.out.println(string);
}
}
虽然运行是没问题的，但有些智能编辑器会警告你：msgs这个可变参数会导致堆污染。可变参数是这样实现的，当调用方法时，创建数组来保存可变长的参数，泛型在编译的时候被擦除，所以所以T... msgs就变成了Object[]，但在运行的时候，这个应用指向的类型可能是String[]、Interger[]等，也就是编译时类型和运行时类型不匹配导致的堆污染，容易出现类型转换异常。看下面这个示例。
static void dangerous(List... stringLists) {
List intList = List.of(42);
//stringLists=List[],数组时协变类型，没有问题
Object[] objects = stringLists;
//object[0]的引用是参数化类型List,指向了参数化类型对象List，导致堆污染
objects[0] = intList;
// 虽然没有显式的cast，但会报ClassCastException
String s = stringLists[0].get(0);
}
在Item 28里说过像new E[],new List
Arrays.java
@SafeVarargs
@SuppressWarnings("varargs")
public static List asList(T... a) {
//注意：此处ArrayList为Arrays的私有静态内部类
return new ArrayList<>(a);
}
Collections.java
@SafeVarargs
public static boolean addAll(Collection c, T... elements) {
boolean result = false;
for (T element : elements)
result |= c.add(element);
return result;
}
EnumSet.java
@SafeVarargs
public static > EnumSet of(E first, E... rest) {
EnumSet result = noneOf(first.getDeclaringClass());
result.add(first);
for (E e : rest)
result.add(e);
return result;
}
作者只有在确定可变参数是类型安全的，才可以使用@SafeVarargs注解告知编译器不要警告，那怎样才是安全的，需要满足以下条件
- 不要使用可变参数存储任何值，很容易导致类型不匹配
- 不要暴露可变参数的引用
//使用可变参数存储了其它值，违反第一条
objects[0] = intList;
//暴露了可变参数引用，违反了第二条
static T[] toArray(T... args) {
return args;
}
下面一个示例使用了上面的toArray方法，编译运行都是正常的，但要注意返回数组的类型是由传入的参数的编译时类型决定的，编译器可能没有足够的信息作准确的判断
public static void main(String[] args) {
//传人的参数编译时类型为String
String[] msg=toArray("one","two");
//为Integer
Integer[] integer=toArray(1,3,4);
}
//下面是反编译的字节码 参数类型都变成了Object，但做了正确的类型转换
invokestatic Method toArray:([Ljava/lang/Object;)[Ljava/lang/Object;
checkcast class "[Ljava/lang/String;"
invokestatic Method toArray:([Ljava/lang/Object;)[Ljava/lang/Object;
checkcast class "[Ljava/lang/Integer;"
如果上面这个可以使用，下面这个应该也没什么问题
public static void main(String[] args) {
String[] reuslt=pickTwo("t1", "t2");
}
static T[] pickTwo(T a, T b,) {
switch(ThreadLocalRandom.current().nextInt(3)) {
case 0: return toArray(a, b);
case 1: return toArray(a, c);
case 2: return toArray(b, c);
}
throw new AssertionError(); // Can't get here
}
//没有checkcast，返回的就是Object数组，实际类型信息丢失
invokestatic Method toArray:([Ljava/lang/Object;)[Ljava/lang/Object;
invokestatic Method pickTwo(Ljava/lang/Object;Ljava/lang/Object;)[Ljava/lang/Object;
checkcast class "[Ljava/lang/String;"
实际上编译的时候确实没有问题，但运行起来就会报错：ava.lang.ClassCastException: [Ljava.lang.Object; cannot be cast to [Ljava.lang.String;
因为此时toArray接受到的参数编译时类型为Object，所以返回的是Object数组，pickTwo接受到的也是Object数组，强转成String[]就报错。如果如下去除泛型，确定pickTwo的参数类型，也不会报错，只是没什么意义。
static String[] pickTwo(String t1,String t2){
return toArray(t1,t2);
}
下面是一个典型的正确使用泛型可变参数的案例,注意：@SafeVarargs只能用在静态方法、不可覆盖方法和私有方法上(Java 9)
@SafeVarargs
static List flatten(List... lists) {
List result = new ArrayList<>();
for (List list : lists)
result.addAll(list);
return result;
}
如果你不想使用麻烦的泛型可变参数，可以使用集合替代，并配合Java 9中的List.of，它使用了@safeVarargs注解，是类型安全的
static List flatten(List> lists) {
List result = new ArrayList<>();
for (List list : lists)
result.addAll(list);
return result;
}
不过下面原书的例子我觉得是有问题的,编译不通过，参数类型不匹配
audience = flatten(List.of(friends, romans, countrymen));
前面有问题的代码就可以用集合解决，
public static void main(String[] args) {
List attributes = pickTwo("Good", "Fast", "Cheap");
}
static List pickTwo(T a, T b, T c) {
switch(rnd.nextInt(3)) {
case 0: return List.of(a, b);
case 1: return List.of(a, c);
case 2: return List.of(b, c);
}
throw new AssertionError();
}
总的来说，可变参数底层使用的是数组，和泛型配合不好，如果可变参数要结合泛型，一定要遵守下面事项，保证安全才能用@safeVarargs注解
- 它没有在可变参数数组中保存任何值
- 它没有对不被信任的代码开发该数组
Item33 优选类型安全的异构容器
虽然按照规则使用泛型可以保证类型是安全的，但如果和原始类型混用泛型就有类型安全隐患，下面段代码编译的时候有unchecked warning，但可以运行，也就是整数1添加到了类型参数为String的集合中，只要不取出来涉及类型转换就不会发现问题
List a=new ArrayList<>();
//使用原始类型绕过泛型检查
List b=a;
//成功添加
b.add(1);
这是一种隐患，对于错误应该越早发现越好。Java SDK的Conllections工具类提供如下解决方法,除了泛型，还添加了String.class这个字面量,其传到方法作为参数表示的是Class
//checkedList返回一个对ArrayList的包装类
List c=Collections.checkedList(new ArrayList<>(), String.class) ;
List d=c;
//添加失败
d.add(1);
//Collections.java
public static List checkedList(List list, Class type) {
return (list instanceof RandomAccess ?
new CheckedRandomAccessList<>(list, type) :
new CheckedList<>(list, type));
}
上面这段代码编译的时候也有unchecked ，但运行就会报ClassCastException，原理就是添加之前利用Class
Collections.CheckedCollection.java
public boolean add(E e) {
return c.add(typeCheck(e));
}
E typeCheck(Object o) {
//类型检查
if (o != null && !type.isInstance(o))
throw new ClassCastException(badElementMsg(o));
return (E) o;
}