Java泛型详解

Java泛型是Java SE 5引入的重要特性，旨在增强类型安全性和代码重用性。以下是对Java泛型的详细讲解，结合核心概念和实际示例：

一、泛型的目的

1. 类型安全：编译时检查类型，避免运行时的ClassCastException。

2. 消除强制转换：减少代码冗余和潜在错误。

3. 代码复用：通过参数化类型编写通用代码。

示例（无泛型的问题）：

List list = new ArrayList();
list.add("Hello");
String s = (String) list.get(0); // 需显式转换，若类型错误则运行时崩溃

二、泛型的基本语法

1. 泛型类

定义类时声明类型参数<T>：

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

使用：

Box<String> stringBox = new Box<>();
stringBox.setContent("Java");
String value = stringBox.getContent(); // 无需转换

2. 泛型方法

在方法返回类型前声明类型参数：

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

调用时自动推断类型：

Integer[] intArray = {1, 2, 3};
printArray(intArray); // 类型推断为Integer

3. 泛型接口

接口定义类型参数：

public interface Comparator<T> {
    int compare(T o1, T o2);
}

实现类指定具体类型：

public class StringComparator implements Comparator<String> {
    public int compare(String s1, String s2) {
        return s1.length() - s2.length();
    }
}

三、通配符与边界

1. 通配符?

• 上界通配符 <? extends T>：接受T及其子类型（生产者）。

• 下界通配符 <? super T>：接受T及其父类型（消费者）。

PECS原则（Producer Extends, Consumer Super）：

// 生产者：从集合读取数据
void copy(List<? extends Number> src, List<? super Number> dest) {
    for (Number num : src) {
        dest.add(num);
    }
}

2. 无界通配符<?>

表示未知类型，适用于不依赖具体类型的操作：

public void printList(List<?> list) {
    for (Object elem : list) {
        System.out.println(elem);
    }
}

四、类型擦除

Java泛型在编译后擦除类型信息，替换为原生类型（Raw Type）或边界类型（如Object）。

示例：

// 编译前
List<String> list = new ArrayList<>();
// 编译后（类型擦除）
List list = new ArrayList();

限制：

• 不能创建泛型数组：new T[]非法。

• 不能使用instanceof检查泛型类型：if (list instanceof List<String>)错误。

• 不能直接实例化类型参数：需通过反射或工厂模式。

五、泛型与继承

泛型类型在继承关系上是不变的：

• List<String>不是List<Object>的子类。

• 使用通配符实现协变和逆变：

  • 协变：List<? extends Number>接受List<Integer>。

  • 逆变：List<? super Integer>接受List<Number>。

六、实际应用场景

1. 集合框架：如ArrayList<E>, HashMap<K,V>。

2. 工具类：通用算法（如排序、查找）。

3. 回调机制：如Comparable<T>, Comparator<T>。

七、注意事项

1. 避免原生类型：如使用List而非List<Object>。

2. 优先使用泛型方法：提高灵活性。

3. 谨慎使用通配符：明确生产者和消费者角色。

通过掌握泛型，开发者可以编写更安全、灵活且易于维护的代码。理解类型擦除和通配符的使用是深入Java泛型的关键。