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泛型概念的提出（为什么需要泛型）？
首先，我们看下下面这段简短的代码:
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public class GenericTest {
public static void main(String[] args) {
List list = new ArrayList();
list.add("qqyumidi");
list.add("corn");
list.add(100);
for (int i = 0; i < list.size(); i++) {String name = (String) list.get(i); // 1
System.out.println("name:" + name);
}}
}
定义了一个 List 类型的集合，先向其中加入了两个字符串类型的值，随后加入一个 Integer 类型的值。这是完全允许的，因为此时 list 默认的类型为 Object 类型。在之后的循环中，由于忘记了之前在 list 中也加入了 Integer 类型的值或其他编码原因，很容易出现类似于 // 1 中的错误。因为编译阶段正常，而运行时会出现“java.lang.ClassCastException”异常。因此，导致此类错误编码过程中不易发现。
在如上的编码过程中，我们发现主要存在两个问题：
1. 当我们将一个对象放入集合中，集合不会记住此对象的类型，当再次从集合中取出此对象时，改对象的编译类型变成了 Object 类型，但其运行时类型任然为其本身类型。
2. 因此，// 1 处取出集合元素时需要人为的强制类型转化到具体的目标类型，且很容易出现“java.lang.ClassCastException”异常。
那么有没有什么办法可以使集合能够记住集合内元素各类型，且能够达到只要编译时不出现问题，运行时就不会出现“java.lang.ClassCastException”异常呢？答案就是使用泛型。
二、什么是泛型？
泛型，即“参数化类型”。一提到参数，最熟悉的就是定义方法时有形参，然后调用此方法时传递实参。那么参数化类型怎么理解呢？顾名思义，就是将类型由原来的具体的类型参数化，类似于方法中的变量参数，此时类型也定义成参数形式（可以称之为类型形参），然后在使用 / 调用时传入具体的类型（类型实参）。
看着好像有点复杂，首先我们看下上面那个例子采用泛型的写法。
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public class GenericTest {
public static void main(String[] args) {
/*
List list = new ArrayList();
list.add("qqyumidi");
list.add("corn");
list.add(100);
*/
List<String> list = new ArrayList<String>();
list.add("qqyumidi");
list.add("corn");
//list.add(100); // 1 提示编译错误
for (int i = 0; i < list.size(); i++) {String name = list.get(i); // 2
System.out.println("name:" + name);
}}
}
采用泛型写法后，在 // 1 处想加入一个 Integer 类型的对象时会出现编译错误，通过 List<String>，直接限定了 list 集合中只能含有 String 类型的元素，从而在 // 2 处无须进行强制类型转换，因为此时，集合能够记住元素的类型信息，编译器已经能够确认它是 String 类型了。
结合上面的泛型定义，我们知道在 List<String> 中，String 是类型实参，也就是说，相应的 List 接口中肯定含有类型形参。且 get()方法的返回结果也直接是此形参类型（也就是对应的传入的类型实参）。下面就来看看 List 接口的的具体定义：
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public interface List<E> extends Collection<E> {
int size();
boolean isEmpty();
boolean contains(Object o);
Iterator<E> iterator();
Object[] toArray();
<T> T[] toArray(T[] a);
boolean add(E e);
boolean remove(Object o);
boolean containsAll(Collection<?> c);
boolean addAll(Collection<? extends E> c);
boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c);
boolean removeAll(Collection<?> c);
boolean retainAll(Collection<?> c);
void clear();
boolean equals(Object o);
int hashCode();
E get(int index);
E set(int index, E element);
void add(int index, E element);
E remove(int index);
int indexOf(Object o);
int lastIndexOf(Object o);
ListIterator<E> listIterator();
ListIterator<E> listIterator(int index);
List<E> subList(int fromIndex, int toIndex);
}
我们可以看到，在 List 接口中采用泛型化定义之后，<E> 中的 E 表示类型形参，可以接收具体的类型实参，并且此接口定义中，凡是出现 E 的地方均表示相同的接受自外部的类型实参。
自然的，ArrayList 作为 List 接口的实现类，其定义形式是：
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public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {public boolean add(E e) {
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
elementData[size++] = e;
return true;}
public E get(int index) {
rangeCheck(index);
checkForComodification();
return ArrayList.this.elementData(offset + index);}
//… 省略掉其他具体的定义过程
}
由此，我们从源代码角度明白了为什么 // 1 处加入 Integer 类型对象编译错误，且 // 2 处 get()到的类型直接就是 String 类型了。
三、自定义泛型接口、泛型类和泛型方法
从上面的内容中，大家已经明白了泛型的具体运作过程。也知道了接口、类和方法也都可以使用泛型去定义，以及相应的使用。是的，在具体使用时，可以分为泛型接口、泛型类和泛型方法。
自定义泛型接口、泛型类和泛型方法与上述 Java 源码中的 List、ArrayList 类似。如下，我们看一个最简单的泛型类和方法定义：
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public class GenericTest {
public static void main(String[] args) {
Box<String> name = new Box<String>("corn");
System.out.println("name:" + name.getData());}
}
class Box<T> {
private T data;
public Box() {
}
public Box(T data) {
this.data = data;}
public T getData() {
return data;}
}
在泛型接口、泛型类和泛型方法的定义过程中，我们常见的如 T、E、K、V 等形式的参数常用于表示泛型形参，由于接收来自外部使用时候传入的类型实参。那么对于不同传入的类型实参，生成的相应对象实例的类型是不是一样的呢？
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public class GenericTest {
public static void main(String[] args) {
Box<String> name = new Box<String>("corn");
Box<Integer> age = new Box<Integer>(712);
System.out.println("name class:" + name.getClass()); // com.qqyumidi.Box
System.out.println("age class:" + age.getClass()); // com.qqyumidi.Box
System.out.println(name.getClass() == age.getClass()); // true
}
}
由此，我们发现，在使用泛型类时，虽然传入了不同的泛型实参，但并没有真正意义上生成不同的类型，传入不同泛型实参的泛型类在内存上只有一个，即还是原来的最基本的类型（本实例中为 Box），当然，在逻辑上我们可以理解成多个不同的泛型类型。
究其原因，在于 Java 中的泛型这一概念提出的目的，导致其只是作用于代码编译阶段，在编译过程中，对于正确检验泛型结果后，会将泛型的相关信息擦出，也就是说，成功编译过后的 class 文件中是不包含任何泛型信息的。泛型信息不会进入到运行时阶段。
对此总结成一句话：泛型类型在逻辑上看以看成是多个不同的类型，实际上都是相同的基本类型。
四、类型通配符
接着上面的结论，我们知道，Box<Number> 和 Box<Integer> 实际上都是 Box 类型，现在需要继续探讨一个问题，那么在逻辑上，类似于 Box<Number> 和 Box<Integer> 是否可以看成具有父子关系 的泛型类型呢？
为了弄清这个问题，我们继续看下下面这个例子:
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public class GenericTest {
public static void main(String[] args) {
Box<Number> name = new Box<Number>(99);
Box<Integer> age = new Box<Integer>(712);
getData(name);
//The method getData(Box<Number>) in the type GenericTest is
//not applicable for the arguments (Box<Integer>)
getData(age); // 1
}
public static void getData(Box<Number> data){
System.out.println("data :" + data.getData());}
}
我们发现，在代码 // 1 处出现了错误提示信息：The method getData(Box<Number>) in the t ype GenericTest is not applicable for the arguments (Box<Integer>)。显然，通过提示信息，我们知道 Box<Number> 在逻辑上不能视为 Box<Integer> 的父类。那么，原因何在呢？
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public class GenericTest {
public static void main(String[] args) {
Box<Integer> a = new Box<Integer>(712);
Box<Number> b = a; // 1
Box<Float> f = new Box<Float>(3.14f);
b.setData(f); // 2
}
public static void getData(Box<Number> data) {
System.out.println("data :" + data.getData());}
}
class Box<T> {
private T data;
public Box() {
}
public Box(T data) {
setData(data);}
public T getData() {
return data;}
public void setData(T data) {
this.data = data;}
}
这个例子中，显然 // 1 和 // 2 处肯定会出现错误提示的。在此我们可以使用反证法来进行说明。
假设 Box<Number> 在逻辑上可以视为 Box<Integer> 的父类，那么 // 1 和 // 2 处将不会有错误提示了，那么问题就出来了，通过 getData()方法取出数据时到底是什么类型呢？Integer? Float? 还是 Number？且由于在编程过程中的顺序不可控性，导致在必要的时候必须要进行类型判断，且进行强制类型转换。显然，这与泛型的理念矛盾，因此，在逻辑上 Box<Number> 不能视为 Box<Integer> 的父类。
好，那我们回过头来继续看“类型通配符”中的第一个例子，我们知道其具体的错误提示的深层次原因了。那么如何解决呢？总部能再定义一个新的函数吧。这和 Java 中的多态理念显然是违背的，因此，我们需要一个在逻辑上可以用来表示同时是 Box<Integer> 和 Box<Number> 的父类的一个引用类型，由此，类型通配符应运而生。
类型通配符一般是使用 ? 代替具体的类型实参。注意了，此处是类型实参，而不是类型形参！且 Box<?> 在逻辑上是 Box<Integer>、Box<Number>… 等所有 Box< 具体类型实参 > 的父类。由此，我们依然可以定义泛型方法，来完成此类需求。
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public class GenericTest {
public static void main(String[] args) {
Box<String> name = new Box<String>("corn");
Box<Integer> age = new Box<Integer>(712);
Box<Number> number = new Box<Number>(314);
getData(name);
getData(age);
getData(number);}
public static void getData(Box<?> data) {
System.out.println("data :" + data.getData());}
}
有时候，我们还可能听到类型通配符上限和类型通配符下限。具体有是怎么样的呢？
在上面的例子中，如果需要定义一个功能类似于 getData()的方法，但对类型实参又有进一步的限制：只能是 Number 类及其子类。此时，需要用到类型通配符上限。
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public class GenericTest {/size/color
public static void main(String[] args) {
Box<String> name = new Box<String>("corn");
Box<Integer> age = new Box<Integer>(712);
Box<Number> number = new Box<Number>(314);
getData(name);
getData(age);
getData(number);
//getUpperNumberData(name); // 1
getUpperNumberData(age); // 2
getUpperNumberData(number); // 3}
public static void getData(Box<?> data) {
System.out.println("data :" + data.getData());}
public static void getUpperNumberData(Box<? extends Number> data){
System.out.println("data :" + data.getData());}
}
此时，显然，在代码 // 1 处调用将出现错误提示，而 //2 // 3 处调用正常。
类型通配符上限通过形如 Box<? extends Number> 形式定义，相对应的，类型通配符下限为 Box<? super Number> 形式，其含义与类型通配符上限正好相反，在此不作过多阐述了。
