Java中的泛型和泛型擦除机制【一文读懂】

一、前言

• Java的泛型（Generics）和泛型擦除（Type Erasure）机制是其类型系统的核心特性之一。

---

二、泛型的作用

• 泛型的本质是参数化类型，允许在代码中使用类型占位符（如T、E等），主要解决以下问题：
  • 类型安全：编译时检查类型，避免运行时类型转换错误。例如，List只能存放字符串。
  • 代码复用：通过泛型类/方法，减少重复代码。例如，ArrayList可存储任意类型元素。
  • 消除强制类型转换：从集合中获取元素时无需显式转换类型。

---

三、泛型擦除机制

Java的泛型是伪泛型，类型参数在编译后会被擦除，具体规则如下：

• 无限制类型擦除：泛型参数无约束时，擦除为Object。

// 编译前
public class Box<T> { private T data; }
// 编译后
public class Box { private Object data; }

• 有限制类型擦除：泛型参数有约束（如T extends Number）时，擦除为上界类型。

// 编译前
public class Box<T extends Number> { private T data; }
// 编译后
public class Box { private Number data; }

---

四、泛型擦除的影响

• 运行时类型信息丢失：
  • 例如，List和List在运行时的Class对象相同，无法通过反射获取泛型参数的实际类型。
  • 例外：类或接口声明的泛型信息（如字段、方法参数）会保留在字节码的Signature属性中，可通过反射获取。
• 类型强制转换：
  • 编译器在类型擦除后自动插入强制类型转换代码：

// 编译前
List<String> list = new ArrayList<>();
String s = list.get(0);
// 编译后
List list = new ArrayList();
String s = (String) list.get(0);

• 桥接方法（Bridge Method）：
  • 当泛型类继承或实现接口时，编译器会生成桥接方法保证多态性。例如：

public interface Fruit<T> { T get(T param); }
public class Apple implements Fruit<Integer> {
    @Override
    public Integer get(Integer param) { return param; }
    // 编译器生成的桥接方法
    public Object get(Object param) { return get((Integer) param); }
}

---

五、泛型擦除带来的问题

• 无法实例化泛型类型：

T obj = new T(); // 编译错误：类型擦除后T为Object或上界类型

• 类型检查限制：

if (obj instanceof List<String>) {} // 编译错误：无法检查泛型类型

• 数组与泛型不兼容：

List<String>[] array = new List<String>; // 编译错误：类型不安全

---

六、绕过泛型擦除的技巧

• 反射获取泛型信息：
  • 通过反射Type接口的子类（如ParameterizedType）获取声明处的泛型类型：

public class MyList extends ArrayList<String> {}
Type type = MyList.class.getGenericSuperclass(); // 获取父类泛型类型

• 类型令牌（Type Token）：
  • 使用匿名内部类保留泛型信息，例如Gson的反序列化：

List<String> list = gson.fromJson(json, new TypeToken<List<String>>() {}.getType());

---

七、最佳实践

• 避免混用原始类型与泛型：如使用List而非原始类型List。
• 谨慎使用通配符：明确<? extends T>和<? super T>的边界。
• 处理编译器警告：使用@SuppressWarnings(“unchecked”)时确保代码安全。

---

八、总结

• Java的泛型擦除机制通过牺牲运行时类型信息，实现了向前兼容性（兼容JDK 5之前的代码）。
• 尽管存在局限性（如类型信息丢失），但通过编译器检查和反射技巧仍能保证类型安全。
• 理解泛型擦除机制是编写高质量Java代码的关键。