Effective Java笔记（33）优先考虑类型安全的异构容器

泛型最常用于集合，如 Set<E ＞和 Map<K ,V＞，以及单个元素的容器，如 ThreadLocal<T>和 AtomicReference<T＞。在所有这些用法中，它都充当被参数化了的容器。这样就限制每个容器只能有固定数目的类型参数。一般来说，这种情况正是你想要的。一个 Set只有一个类型参数，表示它的元素类型；一个 Map 有两个类型参数，表示它的键和值类型.......

但是，有时候你会需要更多的灵活性。例如，数据库的行可以有任意数量的列，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。这种方法就是将键（ 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。

下面简单地示范一下这种方法：以 Favorites 类为例，它允许其客户端从任意数量的其他类中，保存并获取一个“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，是因为类 Class 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<T＞。例如，String.class 属于 Class<String ＞类型，Integer.class属于 Class<Integer ＞类型。当一个类的字面被用在方法中，来传达编译时和运行时的类型信息时，就被称作类型令牌。

Favorites 类的 API 很简单。它看起来就像一个简单的映射，除了键（而不是映射）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：

public class Favorites {
    public <T> void putFavorite(Class<T> type, T instance);
    public <T> T getFavorite(Class<T> type);
}

下面是一个示例程序，检验一下 Favorites 类，它将保存、获取并打印一个最喜爱的 String 、Integer 和 Class 实例：

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 。注意，有时 Java 的printf 方法与 C 语言中的不同，C 语言中使用\n的地方，在 Java 中应该使用 %n 。这个知会产生适用于特定平台的行分隔符，在许多平台上是\n，但是并非所有平台都是如此。

Favorites 实例是类型安全（ typesafe ）的：当你向它请求 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 ）：不像普通的映射，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：

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)); 
    }
}

这里面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<Class<?>,Object ＞的支持。你可能认为由于无限制通配符类型的关系，将不能把任何东西放进这个 Map 中，但事实正好相反。耍注意的是通配符类型是嵌套的：它不是属于通配符类型的 Map 的类型，而是它的键的类型。由此可见，每个键都可以有一个不同的参数化类型：一个可以是 Class<String ＞，接下来是 Class<Integer ＞等。异构就是从这里来的。

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，即不能保证每个值都为它的健所表示的类型（通俗地说，就是指键与值的类型并不相同一一译者注）。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 对象到指定的 favorite 实例）一个映射放到 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 pu tFavorite 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，将对象引用动态地转换（ dynamicallycast ）成了 Cl ass 对象所表示自由类型。

cast 方法是 Jav a 的转换操作符的动态模拟。它只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 favor 工 tes 映射中的值会始终与键的类型相匹配。

假设 cast 方法只返回它的参数，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：

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。

总而言之，集合 API 说明了泛型的一般用法，限制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<T＞作为它的键。

Effective Java笔记（33）优先考虑类型安全的异构容器

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