面试题：Java泛型在复杂数据结构和设计模式中的优化应用

Question

在实现一个复杂的数据结构，如多层嵌套的泛型集合（类似`Map<String, List<Set<CustomClass<T>>>>`，其中`CustomClass`也是泛型类）时，如何利用Java泛型确保类型安全，并在不同的业务场景下（如数据检索、数据修改等）优化代码的可读性和性能？结合设计模式（如策略模式、观察者模式）说明泛型在其中的应用优势和可能遇到的问题及解决方案。

Answer 1

利用Java泛型确保类型安全

1. 明确泛型参数：在定义多层嵌套的泛型集合时，清晰指定每个层级的泛型类型，例如Map<String, List<Set<CustomClass<T>>>>，这样编译器就能在编译期检查类型是否匹配，避免运行时的类型错误。
2. 使用通配符：
   • 上界通配符：当需要读取数据时，使用<? extends T>。比如void readData(Map<String, ? extends List<Set<CustomClass<T>>>> map)，这样能确保传入的集合类型是符合要求的子类型，并且只能读取数据，防止意外修改。
   • 下界通配符：当需要写入数据时，使用<? super T>。例如void writeData(Map<String, ? super List<Set<CustomClass<T>>>> map)，可以向集合中写入T及其子类型的对象。

在不同业务场景下优化代码可读性和性能

1. 数据检索：
   • 可读性：使用泛型使得代码在检索数据时类型明确，例如Set<CustomClass<T>> set = map.get("key").get(0);，从嵌套结构中获取数据时一目了然。
   • 性能：由于类型在编译期确定，避免了运行时类型转换的开销。同时，可以利用泛型集合提供的高效查找方法，如Map的get方法时间复杂度为O(1)（理想情况下）。
2. 数据修改：
   • 可读性：通过泛型明确要修改的数据类型，例如CustomClass<T> obj = new CustomClass<>(); map.get("key").get(0).add(obj);，清晰展示了修改操作针对的具体类型。
   • 性能：合理使用泛型可以减少不必要的类型检查和转换，提高修改操作的效率。比如在List中添加元素，由于泛型确定了元素类型，添加操作更加高效。

设计模式中泛型的应用优势

1. 策略模式：
   • 优势：泛型可以使策略接口和具体策略类更加通用。例如，定义策略接口Strategy<T> { void execute(T t); }，不同的具体策略类如ConcreteStrategy1<T>和ConcreteStrategy2<T>可以处理不同类型的T，增强了策略模式的复用性和灵活性。在多层嵌套泛型集合场景下，可以为不同类型的数据处理定义不同策略，提高代码的可维护性。
   • 可能问题及解决方案：类型擦除可能导致在运行时无法获取具体的泛型类型。解决方案是在策略类中传递额外的类型信息或者使用TypeToken来获取实际类型。
2. 观察者模式：
   • 优势：泛型可以让观察者和被观察者之间的交互更加类型安全。定义被观察者Observable<T>和观察者Observer<T>，使得被观察者通知观察者时传递的数据类型明确，例如Observable<CustomClass<T>> observable = new Observable<>(); Observer<CustomClass<T>> observer = new Observer<>(); observable.addObserver(observer);，增强了代码的可读性和健壮性。
   • 可能问题及解决方案：当有多个不同泛型类型的观察者时，可能导致代码复杂度过高。可以通过使用组合或继承来简化代码结构，例如定义一个通用的观察者基类，具体观察者继承该基类并指定泛型类型。