Java 的泛型是如何工作的 ? 什么是类型擦除 ?

八股文_Java基础面试题 0 132

参考回答

Java 的泛型通过在编译时提供类型检查和保证类型安全来工作。在运行时，由于 Java 的泛型实现采用了 类型擦除，泛型信息会被移除，所有泛型类型最终都会被替换为原生类型（如 Object 或具体的边界类型）。类型擦除是为了兼容 Java 的旧版本（JDK 1.4 及之前），那些版本没有泛型支持。

详细讲解与拓展

1. 泛型是如何工作的

泛型允许你在类、接口和方法中定义类型参数，以便重用代码并确保类型安全。以下是泛型的几个关键点：

编译时检查：泛型会在编译时检查类型是否匹配，避免了运行时出现 ClassCastException。
类型参数：使用尖括号 <T> 定义类型参数。泛型类、方法或接口可以适配多种类型。
工作原理：编译器根据泛型代码生成类型安全的原生代码，然后通过 类型擦除 在运行时将泛型类型替换为它的边界（或 Object）。

示例代码：

// 泛型类
class Box<T> {
    private T value;

    public void set(T value) {
        this.value = value;
    }

    public T get() {
        return value;
    }
}

public class GenericExample {
    public static void main(String[] args) {
        Box<String> stringBox = new Box<>();
        stringBox.set("Hello");
        System.out.println(stringBox.get()); // 输出：Hello
    }
}

在上面的例子中，Box 是一个泛型类，可以存储任意类型的值。<T> 是类型参数，使用时会替换为具体的类型（如 String）。

2. 什么是类型擦除

类型擦除是指 Java 的泛型只存在于编译期，编译后会将泛型类型擦除，转变为原生类型（raw type），以兼容旧版本的 JVM。

类型擦除的规则：

无边界泛型：泛型类型会被替换为 Object。

class Box<T> {
   private T value;
}
// 编译后等价于：
class Box {
   private Object value;
}

有边界泛型：如果定义了泛型边界（<T extends Number>），类型擦除时会替换为边界类型。

class Box<T extends Number> {
   private T value;
}
// 编译后等价于：
class Box {
   private Number value;
}

桥接方法：在泛型类中，子类与父类方法签名可能不一致，编译器会生成桥接方法以保证兼容性。

示例：

class MyNumberBox<T extends Number> {
    public T add(T a, T b) {
        return a; // 伪代码，仅示意
    }
}

编译后，泛型方法 add(T, T) 会被转换为：

public Number add(Number a, Number b) {
    return a;
}

3. 类型擦除的限制

由于类型擦除的存在，Java 泛型在运行时有以下局限性：

不能使用泛型类型创建实例：
```
T value = new T(); // 编译错误
```
Java

无法检测运行时类型：泛型类型的实际参数在运行时不可用。

if (value instanceof T) {  // 编译错误
   // 泛型信息在运行时已经被擦除
}

不能创建泛型数组：
```
T[] array = new T[10]; // 编译错误
```
Java

类型冲突：方法签名可能因为类型擦除而发生冲突。

class Example<T> {
   public void method(List<String> list) {}
   public void method(List<Integer> list) {} // 编译错误：类型擦除后方法签名相同
}

4. 泛型的拓展知识

通配符（Wildcard）：泛型中可以使用通配符 ? 表示不确定的类型。常用的通配符有：
- ? extends T：表示该类型是 T 的子类或 T 本身。
- ? super T：表示该类型是 T 的父类或 T 本身。
- ?：表示不确定的类型。
示例：
```
public static void printList(List<? extends Number> list) {
  for (Number n : list) {
      System.out.println(n);
  }
}
```
Java

泛型方法：可以在方法中单独声明泛型类型。

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

泛型擦除的绕过方式：

使用反射获取泛型类型：

class GenericClass<T> {
    public void printType() {
        System.out.println(this.getClass().getGenericSuperclass());
    }
}

总结

泛型的优点：编译时类型检查、提高代码重用性。
类型擦除的影响：导致一些运行时局限性（如无法检测泛型类型、泛型数组不能直接创建）。
实际开发建议：尽量使用泛型的能力，尤其是集合类（如 List 和 Map），以提高代码的可读性和安全性。