Java 集合和泛型

　　一、集合（Collections）

　　Java使用集合来组织和管理对象。

　　1、Java的集合类

　　集合类主要负责保存、盛装和管理对象，因此集合类也被称为容器类。

　　集合类分为Set、List、Map和Queue四大体系。

• Set 代表无序、不可重复集合；
• List 代表有序、可重复集合；
• Map 代表具有映射关系元素的集合；
• Queue 代表队列，实现元素的先进先出管理。

　　数组也是一种集合类，它是能随机存储和访问引用序列的诸多方法中最高效的一种，当追求高效的数据访问时，数组是很不错的选择。

　　2、集合与泛型

　　所有集合类都位于java.util包中，集合中只能保存对象的引用。集合类把它所含有的元素看成是Object的实例，这样方便但是也有隐患，即多个类型不同的元素被放入一个集合中，会增加集合访问时类型转换的困难，甚至会产生错误。

　　泛型的引入改善了这种情况，使用泛型来限制集合里元素的类型，并让集合记住元素的类型。这样可以允许编译器检查加入集合的元素类型，避免值类型不一致的错误。

　　3、Java集合框架介绍

　　集合框架是一个用来表示和操作集合的统一架构，包含实现集合的接口和类。

　　Java的整个集合框架围绕一组标准接口设计，开发者可以直接使用这些接口的标准实现，也可以使用集合框架接口实现自定义的集合实现类。

　　集合框架的设计应满足一下三个目标：

• 高性能。保证算法的实现效率。
• 互操作性。
• 高扩展性。对集合进行扩展是简单的，只需要实现特定接口即可。

　　

　　4、Java集合框架基于统一的方式组织和管理对象，包含3个方面：

• 接口。接口定义了集合操作的行为规约，它形成集合的高层视图。
• 实现类。是集合接口的具体表现。本质上说，是可重复使用的数据结构。
• 算法。实现集合操作中常用的算法，比如搜索和排序。这些算法通过多态实现，即相同的方法在相似的接口上有着不同的实现

　　5、集合接口

　　集合框架定义了一组接口，接口申明了对特定类型的集合可以执行的操作。

　　Java的集合类主要由两个接口派生而出——Collection和Map，它们是Java集合框架的根接口。

　　

　　Collection接口的子接口：

• java.util.List
• java.util.Set
• java.util.SortedSet
• java.util.NavigableSet
• java.util.Queue
• java.util.concurrent.BlockingQueue
• java.util.concurrent.TransferQueue
• java.util.Deque
• java.util.concurrent.BlockingDeque

　　Map接口的子接口：

• java.util.SortedMap
• java.util.NavigableMap
• java.util.concurrent.ConcurrentMap
• java.util.concurrent.ConcurrentNavigableMap

　　6、集合类

　　标准集合类实现了Collection接口，其中一些是抽象类，实现部分接口，其它是具体类，可以直接在代码中使用。

常见的集合类

Interface	Hash Table	Resizable Array	Balanced Tree	Linked List	Hash Table+ Linked List
Set	HashSet		TreeSet		LinkedHashSet
List		ArrayList		LinkedList
Deque		ArrayDeque		LinkedList
Map	HashMap		TreeMap		LinkedHashMap

　　所有实现Collection接口的类都必须提供两个标准的构造函数：

• 无参构造函数——用于创建一个空的Collection；
• 使用Collection类型作为参数的构造函数——用于创建一个新的Collection，目的是复制。

　　二、泛型（Generics）

　　泛型允许在定义类、接口和方法时使类型（类、接口）成为参数，声明的类型参数在使用时用具体的类型替换。

　　泛型主要应用在集合框架中。

　　1、为什么使用泛型　

• 提高程序的类型安全；泛型的使用让编译器可以验证类型假设。
• 有助于避免（强制）转型，使得编译器能够在编译时发现转型错误而不用等到运行时
• 可以实现通用算法

　　

　　2、泛型类

　　泛型类的定义和声明：

　　类名之后通过<>指定一个或者多个类型参数的名字，同时还可以对类型参数的取值范围进行限定，多个类型参数之间使用逗号分隔。

public class Matrix<T>{
    ….
}

　　泛型的使用：

　　定义完类型参数后，可以在该类几乎任意地方（静态块、静态属性、静态方法除外）使用类型参数。注意，父类定义的类型参数不能被子类继承。

/*实例化泛型类*/
Matrix<Float> ft=new Matrix<Float>();

　　3、泛型方法

　　方法也可以泛型化，不管定义他们的类是不是泛型化。

　　为什么要使用泛型方法而不是将类型T添加到类定义中呢?

• 当泛型方法是静态时，不能使用类的类型参数。
• 当T上的类型约束对于方法是局部时，这意味着没有在类的另一个方法签名中使用相同类型的T的约束。泛型方法的类型参数是局部的，可以简化封闭类型的签名。

　　声明泛型方法：

public <T> T ifThenElse(boolean b, T first, T second) {
    return b? first : second;
}

　　泛型类是在实例化类时指明泛型的具体类型，泛型方法是在调用方法时指明泛型的具体类型。

　　编译器会允许调用下面的代码时使用类型推理来推断出T的类型，并用实际参数替代T：

String s=ifThenElse(b, ”a”, ”b”);

Integer i=ifThenElse(b, new Integer(1), new Integer(2));

　　4、类型限制

　　有时我们需要限制类型参数的范围。

　　类型通配符（？），Matrix<?>表示任意的泛型类型。

/*表示add()可以接受任意泛型类型的参数。*/
 public void add(Matrix<?> m);

这种情况下，add()可以接受的参数类型太宽泛了。开发人员可能希望限制参数的具体类型，例如只希望接受Number及其子类的类型的变量，而不接受Random、Locale等类型的变量。这样就要对通配符有所限制。

如Matrix类，使用了类型参数T，我们让Number类作为类型上界来限制这个类型参数：

/*表示Matrix中包含的参数类型是Number及其子类*/
public class Matrix<T extends Numbers>{…}

当引入了类型上界后，在使用类型时就可以使用类型上界类（Number）中定义的方法。

同理我们可以使用Number类作为类型下界：

/*表示Matrix中包含的参数类型是Number及其父类*/
public class Matrix<? super Number>{…}

　

　　5、类型擦除（Type Erasure）

　　泛型是在编译器这个层次实现的，在生成的字节代码中是不包含泛型的类型信息的。

　　使用泛型时加上的类型参数，会被编译器在编译时去掉，这个过程称为类型擦除。也就是说，由泛型附加的类型信息对JVM来说都是不可见的。

　　编译器在编译时尽可能地发现可能出错的地方，但是仍然无法避免在运行时刻出现类型转换异常的情况。

　　类型擦除的过程：

　　首先，找到用来替换类型参数的具体类。如果指定了类型参数的上界的话，则使用上界。

　　然后，把代码中的类型参数都替换成具体类型，同时去掉出现的类型声明，即<>的内容；

　　理解了类型擦除，就会明白编译器承担了全部的类型检查工作。编译器禁止某些泛型的使用方式，是为了确保类型的安全性。

　　很多泛型的特性都与类型擦除有关，如

• 静态变量是被泛型类的所有实例共享的，即泛型不能用于静态变量
• 泛型的类型参数不能用在异常处理的catch语句中，因为异常处理是由JVM在运行时刻进行的。由于类型擦除，JVM已经无法区分源于同一泛型类型的两个不同类型的异常。

　　6、开发泛型类　　

　　因为类型擦除机制，类型参数并不能用来（在类中）创建对象（比如T t=new T();）或是静态变量的类型。

/*泛型类*/
public class Lhist<V>{}
/*创建泛型类实例*/
Lhist<Integer>li=new Lhist<Integer>(30);

　　7、泛型的最佳实践

　　使用泛型常见的实践原则：

• 在代码中避免泛型类和原始类型混用，如List<String>和List不应共同使用。
• 使用带通配符(？)的泛型类时，需要明确通配符所代表的一组类型的概念。
• 不能实例化泛型类型变量，然后利用反射的newInstance来创建实例；同样，不能创建一个泛型的数组。
• 尽量不要忽视编译器给出的警告。