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Java 泛型（Generics）详解与使用

news 来源：原创 2025/5/18 17:55:59

一、什么是 Java 泛型？

泛型（Generics）是 Java 1.5 引入的一项重要特性，主要用于 类型参数化，允许在类、接口和方法定义时使用 类型参数（Type Parameter），从而提高代码的复用性、类型安全性和可读性。

二、为什么需要泛型？

1. 解决类型安全问题

在没有泛型的时代，集合（如 ArrayList）存储的是 Object 类型，容易发生类型转换异常。

import java.util.ArrayList;

public class WithoutGenerics {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList list = new ArrayList();  // 没有指定类型
        list.add("Hello");
        list.add(100);  // 这里插入了一个整数

        for (Object obj : list) {
            // 需要强制转换，否则无法使用 String 方法
            String str = (String) obj;
            System.out.println(str.toUpperCase());  // 运行时可能报 ClassCastException
        }
    }
}

运行时会抛出 ClassCastException，因为 100 不能转换为 String。

2. 使用泛型后，编译时即可发现错误

import java.util.ArrayList;

public class WithGenerics {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<String> list = new ArrayList<>(); // 指定类型为 String
        list.add("Hello");
        // list.add(100);  // 编译时直接报错，避免了运行时异常

        for (String str : list) {
            System.out.println(str.toUpperCase());
        }
    }
}

类型安全：只能存储 String，避免了 ClassCastException。
可读性好：不需要强制类型转换。

三、泛型的基本用法

1. 泛型类

泛型类在定义时，使用 类型参数（T） 来表示类中可以使用的类型。

// 定义一个泛型类
class Box<T> {
    private T item;

    public void setItem(T item) {
        this.item = item;
    }

    public T getItem() {
        return item;
    }
}

public class GenericClassExample {
    public static void main(String[] args) {
        Box<String> stringBox = new Box<>();  // 指定 T 为 String
        stringBox.setItem("Hello");
        System.out.println(stringBox.getItem());

        Box<Integer> intBox = new Box<>();  // 指定 T 为 Integer
        intBox.setItem(100);
        System.out.println(intBox.getItem());
    }
}

类型参数常见约定：

T（Type）：表示任意类类型
E（Element）：集合中的元素类型
K（Key）：键
V（Value）：值

2. 泛型方法

泛型方法可以在 普通类或泛型类 中定义，方法的泛型参数只在方法内部生效。

class Util {
    // 泛型方法
    public static <T> void print(T data) {
        System.out.println(data);
    }
}

public class GenericMethodExample {
    public static void main(String[] args) {
        Util.print("Hello");
        Util.print(123);
        Util.print(45.6);
    }
}

需要声明在方法返回值之前
泛型方法可以独立于类的泛型类型

3. 泛型接口

泛型接口通常用于 定义通用的操作，如数据存储、服务层 API。

// 定义泛型接口
interface Repository<T> {
    void save(T data);
    T get();
}

// 实现泛型接口
class StringRepository implements Repository<String> {
    private String data;

    @Override
    public void save(String data) {
        this.data = data;
    }

    @Override
    public String get() {
        return data;
    }
}

public class GenericInterfaceExample {
    public static void main(String[] args) {
        Repository<String> repo = new StringRepository();
        repo.save("Hello");
        System.out.println(repo.get());
    }
}

也可以使用 泛型类 实现泛型接口：

class GenericRepository<T> implements Repository<T> {
    private T data;

    @Override
    public void save(T data) {
        this.data = data;
    }

    @Override
    public T get() {
        return data;
    }
}

四、泛型的高级用法

1. 泛型的通配符

通配符 ? 代表不确定的类型，主要用于：

限定方法参数，使其接受不同的泛型类型。
保证类型安全，避免强制转换。

（1）? extends T 上界通配符

限制为 T 及其子类，适用于只 读取数据 的场景。

import java.util.List;

public class WildcardExample {
    public static void printNumbers(List<? extends Number> list) {
        for (Number n : list) {
            System.out.println(n);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> intList = List.of(1, 2, 3);
        List<Double> doubleList = List.of(1.1, 2.2, 3.3);

        printNumbers(intList);
        printNumbers(doubleList);
    }
}

允许 Integer 和 Double 作为 Number 的子类传入。
不能往 list 里添加元素，否则会引发 编译错误，因为 ? extends Number 可能是 Integer 或 Double，不确定具体类型。

（2）? super T 下界通配符

限制为 T 及其父类，适用于 写入数据 的场景。

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

public class SuperWildcardExample {
    public static void addNumbers(List<? super Integer> list) {
        list.add(10);
        list.add(20);
    }

    public static void main(String[] args) {
        List<Number> numberList = new ArrayList<>();
        addNumbers(numberList);
        System.out.println(numberList);
    }
}

允许 Integer 及其父类（如 Number）的 List 作为参数。
可以往 list 里添加 Integer 类型的元素。

2. 泛型擦除（Type Erasure）

Java 的泛型是 编译时 作用的，编译后会进行 类型擦除，即所有泛型参数都会被 替换为 Object（或其上界类型）。

class Box<T> {
    private T item;
    
    public void setItem(T item) {
        this.item = item;
    }
    
    public T getItem() {
        return item;
    }
}

编译后等价于：

class Box {
    private Object item;

    public void setItem(Object item) {
        this.item = item;
    }

    public Object getItem() {
        return item;
    }
}

影响：

不能直接创建泛型数组：T[] array = new T[10]; // 编译错误
不能使用 instanceof 检测泛型类型：if (obj instanceof Box<String>) // 编译错误

总结

特性	说明
泛型类	通过 `<T>` 定义，可以使用不同类型创建实例
泛型方法	方法独立于类的泛型，可以使用不同类型参数
泛型接口	定义通用接口，支持泛型类实现
通配符 `?`	`? extends T` 适用于读取，`? super T` 适用于写入
泛型擦除	编译后泛型类型被擦除，限制了某些操作