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Java如何實現不同類型值的類型？相信很多沒有經驗的人對此束手無策，為此本文總結了問題出現的原因和解決方法，通過這篇文章希望你能解決這個問題。
Java泛型映射不同的值類型詳解
前言：
一般來說，開發人員偶爾會遇到這樣的情形： 在一個特定容器中映射任意類型的值。然而Java 集合API只提供了參數化的容器。這限制了類型安全地使用HashMap，如單一的值類型。但如果想混合蘋果和梨，該怎樣做呢？
幸運的是，有一個簡單的設計模式允許使用Java泛型映射不同的值類型，Joshua Bloch在其《Effective Java》（第二版，第29項）中將其描述為類型安全的異構容器（typesafe hetereogeneous Container）。
關于這個主題，最近碰到一些不太合適的解決方案。它給了我在這篇文章中解釋這個問題域，并闡述一些實現細節的想法。
使用Java泛型映射不同的值類型
考慮一個例子，你需要提供某種應用程序的上下文，它可以將特定的鍵綁定到任意類型的值。利用String作為鍵的HashMap，一個簡單的、非類型安全（type safe）的實現可能是這樣的：
public class Context {
private final Map<String,Object> values = new HashMap<>();
public void put( String key, Object value ) {
values.put( key, value );
}
public Object get( String key ) {
return values.get( key );
}
[...]
}接下來的代碼片段展示了怎樣在程序中使用Context ：
Context context = new Context(); Runnable runnable = ... context.put( "key", runnable ); // several computation cycles later... Runnable value = ( Runnable )context.get( "key" );
可以看出，這種方法的缺點是在第6行需要進行向下轉型（down cast）。如果替換鍵值對中值的類型，顯然會拋出一個ClassCastException異常:
Context context = new Context(); Runnable runnable = ... context.put( "key", runnable ); // several computation cycles later... Executor executor = ... context.put( "key", executor ); // even more computation cycles later... Runnable value = ( Runnable )context.get( "key" ); // runtime problem
產生這種問題的原因是很難被跟蹤到的，因為相關的實現步驟可能已經廣泛分布在你的程序各個部分中。
為了改善這種情況，貌似將value和它的key、它的value都進行綁定是合理的。
在我看到的、按照這種方法的多種解決方案中，常見的錯誤或多或少歸結于下面Context的變種：
public class Context {
private final <String, Object> values = new HashMap<>();
public <T> void put( String key, T value, Class<T> valueType ) {
values.put( key, value );
}
public <T> T get( String key, Class<T> valueType ) {
return ( T )values.get( key );
}
[...]
}同樣的基本用法可能是這樣的：
Context context = new Context(); Runnable runnable = ... context.put( "key", runnable, Runnable.class ); // several computation cycles later... Runnable value = context.get( "key", Runnable.class );
乍一看，這段代碼可能會給你更類型安全的錯覺，因為其在第6行避免了向下轉型（down cast）。但是運行下面的代碼將使我們重返現實，因為我們仍將在第10行賦值語句處跌入ClassCastException 的懷抱：
Context context = new Context(); Runnable runnable = ... context.put( "key", runnable, Runnable.class ); // several computation cycles later... Executor executor = ... context.put( "key", executor, Executor.class ); // even more computation cycles later... Runnable value = context.get( "key", Runnable.class ); // runtime problem
哪里出問題了呢？
首先，Context#get中的向下轉型是無效的，因為類型擦除會使用靜態轉型的Object來代替無界參數（unbonded parameters）。此外更重要的是，這個實現根本就沒有用到由Context#put 提供的類型信息。這充其量是多此一舉的美容罷了。
類型安全的異構容器
雖然上面Context 的變種不起作用，但卻指明了方向。接下來的問題是：怎樣合理地參數化這個key？ 為了回答這個問題，讓我們先看看一個根據Bloch所描述的類型安全異構容器模式（typesafe heterogenous container pattern）的簡裝實現吧。
我們的想法是用key自身的class 類型作為key。因為Class 是參數化的類型，它可以確保我們使Context方法是類型安全的，而無需訴諸于一個未經檢查的強制轉換為T。這種形式的一個Class 對象稱之為類型令牌（type token）。
public class Context {
private final Map<Class<?>, Object> values = new HashMap<>();
public <T> void put( Class<T> key, T value ) {
values.put( key, value );
}
public <T> T get( Class<T> key ) {
return key.cast( values.get( key ) );
}
[...]
}請注意在Context#get 的實現中是如何用一個有效的動態變量替換向下轉型的。客戶端可以這樣使用這個context：
Context context = new Context(); Runnable runnable ... context.put( Runnable.class, runnable ); // several computation cycles later... Executor executor = ... context.put( Executor.class, executor ); // even more computation cycles later... Runnable value = context.get( Runnable.class );
這次客戶端的代碼將可以正常工作，不再有類轉換的問題，因為不可能通過一個不同的值類型來交換某個鍵值對。
有光明的地方就必然有陰影，有陰影的地方就必然有光明。不存在沒有陰影的光明，也不存在沒有光明的陰影。村上春樹
Bloch指出這種模式有兩個局限性。“首先，惡意的客戶端可以通過以原生態形式（raw form）使用class對象輕松地破壞類型安全。”為了確保在運行時類型安全可以在Context#put中使用動態轉換（dynamic cast）。
public <T> void put( Class<T> key, T value ) {
values.put( key, key.cast( value ) );
}第二個局限在于它不能用在不可具體化（non-reifiable ）的類型中（見《Effective Java》第25項）。換句話說，你可以保存Runnable 或Runnable[]，但是不能保存List<Runnable>。
這是因為List<Runnable>沒有特定class對象，所有的參數化類型指的是相同的List.class 對象。因此，Bloch指出對于這種局限性沒有滿意的解決方案。
但是，假如你需要存儲兩個具有相同值類型的條目該怎么辦呢？如果僅為了存入類型安全的容器，可以考慮創建新的類型擴展，但這顯然不是最好的設計。使用定制的Key也許是更好的方案。
多條同類型容器條目
為了能夠存儲多條同類型容器條目，我們可以用自定義key改變Context 類。這種key必須提供我們類型安全所需的類型信息，以及區分不同的值對象（value objects）的標識。一個以String 實例為標識的、幼稚的key實現可能是這樣的：
public class Key<T> {
final String identifier;
final Class<T> type;
public Key( String identifier, Class<T> type ) {
this.identifier = identifier;
this.type = type;
}
}我們再次使用參數化的Class作為類型信息的鉤子，調整后的Context將使用參數化的Key而不是Class。
public class Context {
private final Map<Key<?>, Object> values = new HashMap<>();
public <T> void put( Key<T> key, T value ) {
values.put( key, value );
}
public <T> T get( Key<T> key ) {
return key.type.cast( values.get( key ) );
}
[...]
}客戶端將這樣使用這個版本的Context：
Context context = new Context(); Runnable runnable1 = ... Key<Runnable> key1 = new Key<>( "id1", Runnable.class ); context.put( key1, runnable1 ); Runnable runnable2 = ... Key<Runnable> key2 = new Key<>( "id2", Runnable.class ); context.put( key2, runnable2 ); // several computation cycles later... Runnable actual = context.get( key1 ); assertThat( actual ).isSameAs( runnable1 );
雖然這個代碼片段可用，但仍有缺陷。在Context#get中，Key被用作查詢參數。用相同的identifier和class初始化兩個不同的Key的實例，一個用于put，另一個用于get，最后get操作將返回null 。這不是我們想要的……
//譯者附代碼片段 Context context = new Context(); Runnable runnable1 = ... Key<Runnable> key1 = new Key<>( "same-id", Runnable.class ); Key<Runnable> key2 = new Key<>( "same-id", Runnable.class ); context.put( key1, runnable1 );//一個用于put context.get(key2); //另一個用于get --> return null;
幸運的是，為Key設計合適的equals 和hashCode 可以輕松解決這個問題，進而使HashMap 查找按預期工作。最后，你可以為創建key提供一個工廠方法以簡化其創建過程（與static import一起使用時有用）：
public static Key key( String identifier, Class type ) {
return new Key( identifier, type );
}看完上述內容，你們掌握Java如何實現不同類型值的類型的方法了嗎？如果還想學到更多技能或想了解更多相關內容，歡迎關注億速云行業資訊頻道，感謝各位的閱讀！
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