Generics

Java 泛型（Generics）是 Java 编程语言中引入的一种严格的类型参数化机制，旨在增强编译时类型检查并消除显式类型转换的需求。其核心特性与设计目标如下：

1. 类型安全（Type Safety）

• 泛型通过在编译时强制类型约束，确保集合类（如 List<T>、Map<K,V>）仅能操作指定类型的元素。例如：

  List<String> list = new ArrayList<>();
  list.add("text");  // 合法
  list.add(123);     // 编译错误

• 此举有效避免了运行时因类型不匹配引发的 ClassCastException。

2. 编译时类型擦除（Type Erasure）

• 泛型信息仅存在于编译阶段，运行时通过类型擦除（Type Erasure）机制转换为原生类型（Raw Types）。例如 List<String> 在运行时表现为 List。
• 擦除后，编译器自动插入类型转换指令，确保与遗留代码的二进制兼容性。

3. 参数化类型（Parameterized Types）

• 允许类、接口及方法声明类型参数（如 T、K、V），用户使用时指定具体类型：

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

• 实例化时绑定具体类型：Box<Integer> intBox = new Box<>();

4. 通配符与边界（Wildcards & Bounds）

• 通配符 ?：表示未知类型，如 List<?> 可接受任意类型的 List。
• 边界约束：
  • <? extends T>：上界通配符（协变），接受 T 或其子类。
  • <? super T>：下界通配符（逆变），接受 T 或其父类。
  • 例如：

    void process(List<? extends Number> numbers) { ... }  // 允许 List<Integer>, List<Double>
    void append(List<? super Integer> list) { ... }       // 允许 List<Number>, List<Object>

5. 泛型方法（Generic Methods）

• 独立于类泛型参数的方法级泛型：

  public static <T> T firstElement(List<T> list) {
      return list.isEmpty() ? null : list.get(0);
  }

• 类型推断可省略显式声明：String first = firstElement(stringList);

设计意义

• 代码复用：通过抽象类型参数实现算法与数据结构的通用性。
• 文档化：类型参数显式声明了类或方法的预期类型，提升代码可读性。
• 错误前置：将潜在的类型错误暴露于编译期而非运行时。

注意事项

• 泛型类型不可为基本数据类型（需使用包装类，如 Integer 替代 int）。
• 受类型擦除影响，运行时无法获取泛型的具体类型信息（如 T.class 非法）。

综上，Java 泛型通过编译时类型检查与擦除机制，在保持语言简洁性的同时提供了强大的类型抽象能力，是 Java 类型系统的重要组成。