什么是 Java 泛型

一、什么是 Java 泛型？

泛型（Generics） 是 Java 中一种强大的编程机制，允许在定义类、接口和方法时使用类型参数。通过泛型，可以将数据类型作为参数传递，从而实现代码的通用性和类型安全。

简单来说，泛型让你可以编写更灵活、更通用的代码，同时避免类型转换错误。例如：

// 使用泛型的 List
List<String> stringList = new ArrayList<>();
stringList.add("Hello");
String str = stringList.get(0); // 不需要强制类型转换

如果没有泛型，List 默认存储的是 Object 类型的对象，取出时需要手动进行类型转换，容易出错。

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二、泛型的底层原理

Java 泛型的底层实现是基于 类型擦除（Type Erasure） 的。所谓类型擦除，是指编译器在编译阶段会将泛型类型替换为它们的上界（通常是 Object），并在运行时移除泛型信息。这样做的目的是为了兼容旧版本的 Java（Java 5 引入泛型之前）。

示例：

List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("Hello");
String s = list.get(0);

经过编译后，实际上是这样的：

List list = new ArrayList();
list.add("Hello");
String s = (String) list.get(0); // 编译器插入了类型转换

因此，泛型在运行时并不存在具体的类型信息，所有泛型相关的操作都是在编译时完成的。

类型擦除的优点和缺点：

• 优点：
  • 向下兼容旧版本的 Java。
  • 减少了运行时的性能开销。
• 缺点：
  • 泛型类型信息在运行时不可用。
  • 无法创建泛型类型的实例（如 new T()）。

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三、为什么要使用泛型？

1. 类型安全：
   泛型可以在编译时检查类型，避免运行时的 ClassCastException 错误。例如，如果你试图向一个 List<String> 中添加一个 Integer，编译器会直接报错。

2. 减少类型转换：
   使用泛型后，编译器会自动插入必要的类型转换代码，减少了手动类型转换的麻烦。

3. 提高代码复用性：
   泛型可以让代码更加通用，适用于多种数据类型。例如，ArrayList<T> 可以用于存储任何类型的对象。

4. 增强可读性：
   使用泛型后，代码的意图更加明确，例如 List<String> 明确表示这是一个存储字符串的列表。

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四、泛型的应用场景

以下是泛型在 Java 中的主要应用场景：

1. 集合类

这是泛型最常见的应用场景。Java 集合框架（如 List、Set、Map 等）都支持泛型，使得集合可以存储特定类型的元素。

List<String> names = new ArrayList<>();
names.add("Alice");
names.add("Bob");for (String name : names) {System.out.println(name);
}

2. 自定义泛型类

你可以定义自己的泛型类，使其能够处理多种类型的数据。

public class Box<T> {private T item;public void setItem(T item) {this.item = item;}public T getItem() {return item;}
}// 使用
Box<String> stringBox = new Box<>();
stringBox.setItem("Hello");
String value = stringBox.getItem();

3. 泛型方法

除了泛型类，你还可以定义泛型方法，使方法能够处理多种类型的参数。

public <T> void printArray(T[] array) {for (T element : array) {System.out.println(element);}
}// 使用
printArray(new Integer[]{1, 2, 3});
printArray(new String[]{"A", "B", "C"});

4. 泛型接口

接口也可以定义为泛型，使其实现类能够指定具体类型。

public interface Container<T> {void add(T item);T get(int index);
}public class MyContainer<T> implements Container<T> {private List<T> items = new ArrayList<>();@Overridepublic void add(T item) {items.add(item);}@Overridepublic T get(int index) {return items.get(index);}
}

5. 通配符（Wildcard）详细说明

泛型中的通配符（?）用于表示未知类型，通常用于方法参数或返回值。

• 无界通配符：<?> 表示任意类型。
• 上界通配符：<? extends T> 表示 T 或其子类。
• 下界通配符：<? super T> 表示 T 或其父类。

public void printList(List<?> list) {for (Object obj : list) {System.out.println(obj);}
}public void addNumbers(List<? super Integer> list) {list.add(1);list.add(2);
}

6. 泛型与反射

虽然泛型在运行时会被擦除，但可以通过反射获取原始类型信息。

public class Test {public static void main(String[] args) {List<String> list = new ArrayList<>();Class<?> clazz = list.getClass();System.out.println(clazz); // 输出：class java.util.ArrayList}
}

7. 泛型在设计模式中的应用

许多设计模式（如工厂模式、策略模式等）都可以结合泛型来实现更灵活的设计。

public interface Factory<T> {T create();
}public class StringFactory implements Factory<String> {@Overridepublic String create() {return "Hello";}
}