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前言

Java 泛型是 JDK 5 引入的一项重要特性，它为 Java 编程带来了更强大的类型安全和代码复用能力，下面将从概念、作用、实现原理、使用场景和限制等方面详细阐述对 Java 泛型的理解。

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概念

泛型即 “参数化类型”，就是将类型由原来的具体类型参数化，类似于方法中的变量参数，此时类型也定义成参数形式（可以称之为类型形参），然后在使用 / 调用时传入具体的类型（类型实参）。例如ArrayList，其中E就是类型形参，在创建ArrayList对象时，如ArrayList，String就是类型实参。

作用

1. 类型安全

• 泛型的主要目标之一是增强程序的类型安全。在没有泛型之前，像ArrayList这样的集合可以存储任意类型的对象，这可能会导致在运行时出现ClassCastException。例如：

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class WithoutGeneric {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        List list = new ArrayList();
        list.add("Hello");
        list.add(123);
        String str = (String) list.get(1); // 运行时会抛出 ClassCastException
    }
}

• 使用泛型后，可以明确指定集合中存储的元素类型，编译器会在编译时进行类型检查，避免了运行时的类型转换错误。

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class WithGeneric {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        List<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("Hello");
        // list.add(123); // 编译时会报错
        String str = list.get(0);
    }
}

2. 代码复用

泛型允许编写通用的代码，这些代码可以处理多种不同类型的数据，而不需要为每种类型都编写重复的代码。例如，我们可以编写一个泛型方法来交换数组中两个元素的位置：

public class GenericMethod {
    
    
    public static <T> void swap(T[] array, int i, int j) {
    
    
        T temp = array[i];
        array[i] = array[j];
        array[j] = temp;
    }

    public static void main(String[] args) {
    
    
        Integer[] intArray = {
    
    1, 2, 3};
        swap(intArray, 0, 1);
        String[] strArray = {
    
    "Hello", "World"};
        swap(strArray, 0, 1);
    }
}

• 实现原理：类型擦除
  Java 泛型是通过类型擦除来实现的。在编译过程中，编译器会将泛型类型信息擦除，只保留原始类型。例如，List和List在编译后都会被擦除为List。类型擦除的主要步骤如下：
• 替换类型参数：将泛型类型中的类型参数替换为其边界类型（如果没有指定边界，则替换为Object）。
• 插入类型转换：在需要的地方插入类型转换代码，以保证类型安全。
• 生成桥接方法：在子类重写泛型方法时，为了保证多态性，编译器会生成桥接方法。

使用场景

1. 集合类

Java 中的集合框架（如ArrayList、HashMap等）广泛使用了泛型，使得集合可以存储特定类型的元素，提高了代码的安全性和可读性。

2. 泛型类和泛型方法

可以创建泛型类和泛型方法来处理不同类型的数据，实现代码的复用。例如，自定义一个泛型的栈类：

public class GenericStack<T> {
    
    
    private T[] stack;
    private int top;

    public GenericStack(int capacity) {
    
    
        stack = (T[]) new Object[capacity];
        top = -1;
    }

    public void push(T item) {
    
    
        stack[++top] = item;
    }

    public T pop() {
    
    
        return stack[top--];
    }
}

限制

1. 不能使用基本数据类型

• 泛型的类型参数只能是引用类型，不能是基本数据类型。例如，不能使用List，但可以使用List。

2. 运行时类型信息丢失

• 由于类型擦除，在运行时无法获取泛型的具体类型信息。例如，无法通过instanceof判断一个List是List还是List。

3. 不能创建泛型数组

• 虽然可以声明泛型数组，但不能直接创建泛型数组。例如，不能直接写T[] array = new T[10];，只能通过(T[]) new Object[10];的方式进行强制类型转换。