Java 泛型基础

泛型如何在编译期约束集合与 API：类型参数、边界、菱形推断，以及擦除带来的限制入口。

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[!info] related notes

所属 MOC：类型系统与 OOP · 学习路线

前置概念：接口 · 集合（可并行） · 类

后续概念：擦除与可具体化 · 集合框架

容易混淆：原始类型 raw type、数组协变

Java 泛型基础

这个概念为什么出现

旧版通用集合 API 以 Object 接收和返回元素，取出时常需强转，类型错误可能拖到运行时。泛型把“这是订单列表还是用户列表”变成编译期检查，同时通过类型擦除保持与旧 JVM 的兼容。

[!abstract] 一句话理解泛型用类型参数在编译期约束 API 与集合元素类型；运行时大部分类型参数被擦除，因此不能 new T()/new T[] 等可具体化操作。

最小可运行示例

场景：仓库服务的通用“货架盒”只允许同类型货物

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

final class Box<T> {
    private final List<T> items = new ArrayList<>();
    void put(T item) {
        if (item == null) throw new IllegalArgumentException("item");
        items.add(item);
    }
    T get(int index) { return items.get(index); }
    int size() { return items.size(); }
}

public class BoxDemo {
    // 泛型方法：取首个非空；两者均为 null 时仍返回 null
    static <T> T firstNonNull(T a, T b) {
        return a != null ? a : b;
    }
    public static void main(String[] args) {
        Box<String> skuBox = new Box<>();
        skuBox.put("SKU-1");
        // skuBox.put(1); // 编译错误
        System.out.println(skuBox.get(0));
        System.out.println(firstNonNull(null, "X"));
    }
}

建议运行：

javac BoxDemo.java && java BoxDemo

期望输出：

SKU-1
X

结合场景再看三个关注点

错误在编译期暴露，不用等到生产 ClassCast。
Box<String> 与 Box<Object> 不变（invariant）。
擦除限制在进阶篇展开，但现在起避免 raw type。

核心概念与准确模型

1. 类型参数

类/接口：class Repo<T>
方法：<T> T id(T x)
多参数：Map<K,V>

2. 边界

class NumBox<T extends Number> { }

上界限制可用方法；通配符 ? extends/? super 服务 PECS（进阶常用）。

3. 菱形推断

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

4. 擦除直觉

List<String>.class 不合法；new ArrayList<String>().getClass() 与 new ArrayList<Integer>().getClass() 相同，因为它们使用同一个实现类。不同集合实现的运行时类仍可不同。
不能依赖运行时 T 做 instanceof T

边界情况与反直觉行为

原始类型 List 绕过部分泛型约束，可能引入 unchecked 警告和运行时强转失败；并非关闭所有类型检查。
泛型数组创建受限。
桥接方法由编译器生成（反编译可见）。

常见误区

[!warning] 常见误区：到处 @SuppressWarnings(“unchecked”) 先修类型设计；压制警告只在边界层且有证明时。

工程实践

公共 API 全程泛型化，禁止 raw。
PECS：从 List<? extends T> 读取为 T，不能插入任意 T；它并非不可修改，仍可能允许删除、清空或插入 null。List<? super T> 可接收 T，读取通常只能保证 Object；具体操作还受集合自身契约限制。
Java 没有通用类型别名；复杂通配符可用泛型辅助方法或有领域含义的封装类简化。
与集合框架一起练：List/Map/Optional。

本节总结

泛型=编译期安全 + 表达能力
擦除=运行时限制来源
不用 raw type

自测题

为什么不能写 new T()？
List<String> 能否传给 List<Object> 参数？

参考答案

T 不提供运行时构造目标，也不保证无参构造器；需要创建实例时可显式传入 Supplier<T>。
不能直接传（不变性）；否则能放入 Integer 破坏类型安全。

延伸阅读与资料来源

资料	类型	支撑内容
Generics (Oracle Tutorial)	教程	泛型体系
JLS Types - Generics	规范	类型系统