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Java泛型详解：从入门到精通

1. 前言

Java泛型（Generics）是JDK 5引入的一项重要特性，它允许在类、接口和方法中使用类型参数，从而提高代码的类型安全性和复用性。本文将详细介绍泛型的基本概念、使用方法、通配符、类型擦除机制以及实际应用场景，帮助你彻底掌握Java泛型。

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2. 泛型的基本概念

泛型的本质是参数化类型，即在定义类、接口或方法时，使用一个占位符（如T、E、K、V等）表示类型，等到使用时再指定具体的类型。

2.1 泛型的主要优点

1. 类型安全：编译时检查类型，避免运行时ClassCastException。
2. 消除强制类型转换：减少代码冗余，提高可读性。
3. 代码复用：可以编写更通用的算法和数据结构。

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3. 泛型的基本使用

3.1 泛型类

泛型类在类名后使用<T>定义类型参数：

public class Box<T> {private T value;public void set(T value) {this.value = value;}public T get() {return value;}
}

使用示例：

Box<String> stringBox = new Box<>();
stringBox.set("Hello");
String str = stringBox.get(); // 无需强制转换

3.2 泛型方法

泛型方法在方法返回类型前使用<T>定义类型参数：

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

使用示例：

Integer[] intArray = {1, 2, 3};
String[] strArray = {"A", "B", "C"};
printArray(intArray); // 自动推断类型为Integer
printArray(strArray); // 自动推断类型为String

3.3 泛型接口

泛型接口在接口名后使用<T>定义类型参数：

public interface List<E> {void add(E e);E get(int index);
}

实现示例：

public class ArrayList<E> implements List<E> {private E[] elements;// 实现 add 和 get 方法
}

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4. 类型通配符

Java泛型提供了通配符?来处理未知类型：

• List<?>：表示未知类型的列表（可以是任何类型）。
• List<? extends Number>：表示Number或其子类型的列表（上界通配符）。
• List<? super Integer>：表示Integer或其父类型的列表（下界通配符）。

4.1 PECS原则（Producer Extends, Consumer Super）

• Producer Extends（生产者用extends）：如果只是从集合中读取数据，使用? extends T。
• Consumer Super（消费者用super）：如果只是向集合中写入数据，使用? super T。

示例：

// 生产者：只读取数据
public static double sum(List<? extends Number> list) {double sum = 0;for (Number num : list) {sum += num.doubleValue();}return sum;
}// 消费者：只写入数据
public static void addNumbers(List<? super Integer> list) {list.add(1);list.add(2);
}

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5. 泛型的限制

1. 不能使用基本类型：List<int> 非法，必须用 List<Integer>。
2. 不能实例化类型参数：new T() 非法。
3. 不能声明静态泛型变量：因为静态成员属于类，而非实例。
4. 不能对泛型类型使用instanceof：如 if (obj instanceof List<String>) 非法。
5. 不能创建泛型数组：new T[10] 非法（但可以使用(T[]) new Object[10]）。

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6. 类型擦除（Type Erasure）

Java泛型在编译后会进行类型擦除，即泛型信息在运行时会被擦除，替换为Object或指定的上界类型。这是为了兼容旧版本Java。

示例：

List<String> list1 = new ArrayList<>();
List<Integer> list2 = new ArrayList<>();
// 运行时，list1 和 list2 的类型都是 ArrayList

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7. 实际应用示例

7.1 泛型类实现键值对

public class Pair<K, V> {private K key;private V value;public Pair(K key, V value) {this.key = key;this.value = value;}public K getKey() { return key; }public V getValue() { return value; }
}

使用示例：

Pair<String, Integer> pair = new Pair<>("Age", 25);
System.out.println(pair.getKey() + ": " + pair.getValue());

7.2 泛型方法实现最大值比较

public static <T extends Comparable<T>> T max(T a, T b) {return a.compareTo(b) > 0 ? a : b;
}

使用示例：

Integer maxInt = max(10, 20); // 20
String maxStr = max("apple", "orange"); // "orange"

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8. 总结

特性	说明
泛型类	class Box<T> { ... }
泛型方法	<T> void print(T t) { ... }
泛型接口	interface List<E> { ... }
上界通配符	List<? extends Number>
下界通配符	List<? super Integer>
类型擦除	运行时泛型信息被擦除

泛型是Java中非常强大的特性，合理使用可以大幅提升代码的安全性和可维护性。希望本文能帮助你彻底掌握Java泛型！🚀

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📌 推荐阅读：

• Oracle官方泛型教程
• Effective Java - 泛型最佳实践

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