Java泛型深入理解与实例讲解_Java通过泛型提高代码安全性-java教程-PHP中文网

java泛型通过编译期类型检查避免运行时类型转换错误，其核心机制是类型擦除，即泛型信息在运行时被擦除为原始类型，从而在不增加运行时开销的前提下实现类型安全，同时这一机制限制了运行时对泛型参数的直接访问，但通过反射api仍可获取部分泛型元数据用于框架开发。

Java泛型深入理解与实例讲解_Java通过泛型提高代码安全性

Java泛型，在我看来，是Java语言里一个既精妙又有点“隐秘”的特性。说它精妙，是因为它在编译期就为我们筑起了一道类型安全的防线，极大地减少了运行时出现

ClassCastException

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的可能，让代码变得更健壮、更易读。说它“隐秘”，则是因为它的底层实现——类型擦除，常常让人觉得有点摸不着头脑，似乎它在运行时“消失”了，这背后其实有很多值得深思的设计考量。

解决方案

泛型的核心思想是参数化类型。简单来说，就是把类型当成一个参数，传递给类、接口或方法。这就像我们写函数时，会传入变量作为参数一样，现在我们传入的是类型。通过这种方式，我们可以在编译阶段就确定集合或方法操作的数据类型，从而避免了不必要的类型转换，并能提前捕获潜在的类型不匹配错误。

以我们最常用的

List

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为例，没有泛型之前，我们可能会看到

List list = new ArrayList();

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，然后往里面放各种类型的对象，取出来的时候再手动强制转换。这就像一个大杂烩，虽然什么都能装，但取用时得小心翼翼地辨认，稍不留神就可能拿错东西，导致程序崩溃。有了泛型，比如

List<String> stringList = new ArrayList<>();

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，这就明确告诉编译器，这个列表只能装字符串。如果你试图往里面放一个整数，编译器会立刻报错，而不是等到程序运行起来才炸锅。这种“提前预警”的能力，正是泛型提升代码安全性的关键。

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Java泛型如何避免运行时类型转换错误？

这事儿说起来，其实就是把“检查”的环节提前了。在Java 5之前，如果你有一个

ArrayList

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，它内部存储的都是

Object

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类型的引用。这意味着你可以往里面扔任何东西：字符串、整数、自定义对象……当你要从这个

ArrayList

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里取出数据时，你必须自己清楚里面到底是什么类型，然后进行强制类型转换。比如，你放进去的是

String

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，取出来就得

(String) list.get(i)

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。

问题就出在这里：如果一不小心，你往这个本该只放字符串的列表里，塞进去了一个

Integer

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，然后又在某个地方试图把它强制转换成

String

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，那么恭喜你，你会在运行时得到一个响亮的

ClassCastException

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。这种错误往往在测试不充分或者代码逻辑复杂时才会暴露，调试起来非常头疼。

泛型登场后，它在编译期就引入了类型约束。当你声明

List<String>

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时，编译器就知道了这个列表里只能放

String

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及其子类。任何试图放入非

String

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类型对象的行为，都会在编译阶段被拦截。同样的，当你从

List<String>

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中取出一个元素时，编译器已经知道它就是

String

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类型，所以你无需再进行强制类型转换。这不仅让代码更简洁，更重要的是，它将原本可能在运行时发生的类型错误，直接“扼杀”在了摇篮里，大大提升了程序的健壮性。对我个人而言，这意味着我能把更多精力放在业务逻辑上，而不是疲于奔命地追查那些隐蔽的类型转换问题。

理解Java泛型中的通配符：何时以及如何使用？

泛型通配符，在我看来，是泛型世界里一个既灵活又容易让人迷糊的概念。它允许我们在不确定具体类型参数时，仍然能够编写出更具通用性的代码。主要有三种形式：无界通配符

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，上界通配符

? extends T

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，和下界通配符

? super T

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。

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1. 无界通配符

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：当你只关心一个方法是否使用了泛型，但对具体的类型参数不感兴趣时，就可以用它。比如，一个打印列表元素的方法，你可能不关心列表里是

String

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还是

Integer

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，只要能遍历打印就行。

public void printList(List<?> list) {
    for (Object elem : list) {
        System.out.println(elem);
    }
    // list.add("hello"); // 编译错误！不能添加元素（除了null）
}

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这里有个关键点：

List<?>

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意味着你可以从列表中读取元素（它们会被当作

Object

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），但你不能往里面添加任何元素（除了

null

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），因为编译器不知道你到底想添加什么类型的元素。

2. 上界通配符

? extends T

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：这个很好理解，它表示“可以是T类型，也可以是T的任何子类型”。当你需要从一个泛型集合中读取数据，并且希望这些数据是某个特定类型或其子类型时，就用它。它常被称为“生产者通配符”：你从这个集合里“生产”数据出来。

public double sumOfNumbers(List<? extends Number> numbers) {
    double sum = 0.0;
    for (Number num : numbers) { // 可以安全地读取Number及其子类型
        sum += num.doubleValue();
    }
    // numbers.add(new Integer(10)); // 编译错误！不能添加元素
    return sum;
}

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List<? extends Number>

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可以接受

List<Integer>

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、

List<Double>

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等，但你不能往里面添加任何元素，因为你不知道这个列表的实际类型到底是什么（可能是

List<Integer>

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，你不能往里面加

Double

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）。

3. 下界通配符

? super T

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：这表示“可以是T类型，也可以是T的任何父类型”。当你需要往一个泛型集合中写入数据，并且希望写入的数据是某个特定类型或其子类型时，就用它。它常被称为“消费者通配符”：你往这个集合里“消费”（即添加）数据。

public void addIntegers(List<? super Integer> list) {
    list.add(10); // 可以添加Integer
    list.add(new Integer(20)); // 可以添加Integer
    // list.add(new Object()); // 编译错误！不能添加Object
}

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List<? super Integer>

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可以接受

List<Integer>

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、

List<Number>

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、

List<Object>

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等。你可以安全地往里面添加

Integer

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对象或其任何子类型（虽然

Integer

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是

final

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的，没有子类，但如果是其他类，子类也可以）。因为无论实际类型是

Integer

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、

Number

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还是

Object

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，

Integer

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总是它们的子类型，所以添加是安全的。

记住一个口诀：PECS (Producer Extends, Consumer Super)。如果你要从集合中获取（生产）数据，使用

extends

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；如果你要向集合中放入（消费）数据，使用

super

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。这能帮助你快速判断该用哪种通配符。

Java泛型与类型擦除：对性能和反射的影响有哪些？

提到Java泛型，就绕不开“类型擦除”这个概念。说实话，初次接触时，我个人觉得它有点反直觉，但深入了解后，你会发现这是Java设计者在兼容性和性能之间做出的一个巧妙权衡。

类型擦除的本质： 简单来说，Java泛型信息只存在于编译阶段，在运行时，这些泛型信息会被“擦除”掉。编译器会将所有泛型类型替换为它们的上界（如果指定了上界，比如

List<? extends Number>

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，就替换为

Number

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；如果没有指定，就替换为

Object

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），然后插入必要的类型转换。这意味着，你编译后的字节码中，

List<String>

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和

List<Integer>

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在运行时看起来都是

List

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，它们内部存储的都是

Object

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引用。

对性能的影响： 一个常见的误解是，泛型会带来运行时性能开销。但实际上，由于类型擦除，泛型在运行时几乎没有额外的性能开销。所有的类型检查和类型转换都发生在编译阶段。编译后的字节码和手动编写的、带有强制类型转换的代码非常相似。例如，

List<String> list = new ArrayList<>(); list.add("hello"); String s = list.get(0);

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这段代码，在编译后，

list.get(0)

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的返回值会被编译器自动插入一个

(String)

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的强制转换。所以，运行时并不会因为泛型而变慢，反而因为省去了我们手动编写的强制转换，代码看起来更简洁。

对反射的影响： 类型擦除对反射的影响就比较明显了，这也是泛型“隐秘”性的一大体现。因为运行时泛型信息被擦除了，你无法通过一个泛型类的实例直接获取其泛型参数的类型。例如：

List<String> stringList = new ArrayList<>();
Class<?> clazz = stringList.getClass(); // clazz 是 ArrayList.class，你无法直接从这里得知它是 List<String>
// clazz.getTypeParameters() 也只能得到 ArrayList<E> 中的 E

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你不能在运行时做这样的事情：

if (obj instanceof List<String>)

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，这是编译错误的，因为

List<String>

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在运行时就是

List

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。同样，

new T()

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（泛型参数的实例化）也是不允许的，因为编译器不知道

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到底是什么类型。

然而，这并不意味着所有泛型信息都彻底消失了。对于类、接口、字段和方法的声明，它们的泛型签名信息是保留在字节码中的。Java的反射API提供了一些方法来访问这些“元数据”：

java.lang.reflect.Type

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接口及其子接口，如

ParameterizedType

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、

TypeVariable

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、

GenericArrayType

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、

WildcardType

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，可以用来获取这些声明时的泛型信息。例如，如果你有一个包含泛型字段的类：

class MyContainer {
List<String> stringList;
}
// 通过反射获取字段的泛型类型
Field field = MyContainer.class.getDeclaredField("stringList");
Type genericType = field.getGenericType();
if (genericType instanceof ParameterizedType) {
ParameterizedType pt = (ParameterizedType) genericType;
System.out.println("Raw Type: " + pt.getRawType()); // class java.util.List
System.out.println("Actual Type Argument: " + pt.getActualTypeArguments()[0]); // class java.lang.String
}

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这种反射能力在某些框架（如ORM框架、JSON序列化库）中非常有用，它们需要在运行时根据泛型信息来正确地处理数据。但总的来说，类型擦除确实限制了我们在运行时对泛型类型进行操作的灵活性，需要我们对泛型的设计原理有更深入的理解。

以上就是Java泛型深入理解与实例讲解_Java通过泛型提高代码安全性的详细内容，更多请关注php中文网其它相关文章！