Java泛型 的详细知识总结

一、泛型的核心作用

1. 类型安全：在编译期检查类型匹配，避免运行时的ClassCastException。
2. 代码复用：通过泛型逻辑统一处理多种数据类型。
3. 消除强制转换：减少显式的类型转换代码。

二、泛型基础语法

1. 泛型类/接口

• 定义：在类/接口名后添加类型参数<T>，T为占位符类型。

  <JAVA>

  public class Box<T> {
      private T content;
      public void set(T content) { this.content = content; }
      public T get() { return content; }
  }
  

2. 泛型方法

• 定义：在方法返回类型前声明泛型类型。

  <JAVA>

  public <T> void printArray(T[] array) {
      for (T element : array) {
          System.out.print(element + " ");
      }
  }
  

3. 泛型通配符 ?

• 作用：表示未知类型，增强灵活性。
  • 上界通配符 <? extends T>：接受T及其子类。

    <JAVA>

    // 接受Number或其子类（如Integer/Double）的列表
    public void process(List<? extends Number> list) { /* ... */ }
    

  • 下界通配符 <? super T>：接受T及其父类。

    <JAVA>

    // 接受Integer或其父类（如Number/Object）的列表
    public void addNumbers(List<? super Integer> list) { list.add(42); }
    

三、泛型深入原理

1. 类型擦除（Type Erasure）

• 原理：编译期将泛型类型替换为原始类型（如Object或上界类型），并在必要时插入类型转换。
  • 擦除示例：

    <JAVA>

    // 源码
    List<String> list = new ArrayList<>();
    String s = list.get(0);
    
    // 编译后的等效代码（类型擦除）
    List list = new ArrayList();       // 类型擦除为原始类型List
    String s = (String) list.get(0);   // 插入强制转换
    

2. 桥方法（Bridge Method）

• 作用：确保泛型类在继承和多态中能正确调用类型擦除后的方法。
• 示例：泛型类继承时，编译器自动生成桥方法保持多态性。

四、泛型应用场景

1. 集合框架

• 泛型在集合中的典型应用：

  <JAVA>

  List<String> names = new ArrayList<>();  // 安全存储字符串
  Map<Integer, String> idToName = new HashMap<>();
  

2. 通用工具类/方法

• 编写与具体类型解耦的工具逻辑：

  <JAVA>

  public static <T> T getFirst(List<T> list) {
      return list.isEmpty() ? null : list.get(0);
  }
  

3. 回调接口

• 定义泛型回调接口：

  <JAVA>

  public interface Callback<T> {
      void onSuccess(T result);
      void onFailure(String error);
  }
  

4. 泛型与反射

• 通过反射获取泛型实际类型（需借助ParameterizedType）：

  <JAVA>

  Type type = new TypeToken<List<String>>(){}.getType();  // Guava库常用
  

五、泛型限制与注意事项

1. 类型参数不能是基本类型：

   <JAVA>

   // 错误示例
   List<int> list = new ArrayList<>();  // 需使用包装类Integer
   

2. 无法实例化泛型类型：

   <JAVA>

   T instance = new T();  // 编译错误
   

3. 静态成员不能使用类型参数：

   <JAVA>

   class Box<T> {
       // static T data;  // 错误
   }
   

4. 泛型数组的限制：

   <JAVA>

   // 不能直接创建泛型数组
   // T[] array = new T[10];  // 错误
   // 可通过反射或强制类型转换实现（存在风险）
   T[] array = (T[]) new Object[10];
   

5. 泛型与异常：

   • 不能抛出或捕获泛型类的实例。
   • 泛型类不能直接或间接继承Throwable。

六、高级泛型特性

1. 递归类型边界（Recursive Type Bound）

• 限制类型参数为当前类的子类：

  <JAVA>

  public class Node<T extends Comparable<T>> {
      // T必须实现Comparable<T>接口
  }
  

2. 类型推断（Type Inference）

• 编译器自动推导泛型类型：

  <JAVA>

  List<String> list = Collections.emptyList();  // Java 7+可推断为List<String>
  

七、常见问题与解决方案

1. 如何获取泛型的实际类型？

   • 通过子类化TypeToken（Guava库）或反射捕获类型：

     <JAVA>

     Type type = ((ParameterizedType) getClass().getGenericSuperclass())
                 .getActualTypeArguments()[0];
     

2. 何时使用List和List<?>？

   • List：原始类型（存在类型不安全警告）。
   • List<?>：未知类型的集合（只能读取为Object，不能添加元素）。

总结

泛型是Java类型系统的核心机制，通过合理使用可大幅提升代码的安全性和可维护性。重点需掌握：

• 通配符的上下界用于灵活设计API；
• 类型擦除理解底层限制；
• 泛型与集合、工具类的结合提升代码复用率。