Java核心 - 泛型
2025/12/12大约 6 分钟
Java核心 - 泛型
概述
泛型（Generics）是 JDK 5 引入的特性，允许在定义类、接口和方法时使用类型参数。泛型提供了编译时类型检查，避免了强制类型转换，提高了代码的安全性和可读性。
为什么需要泛型
// 没有泛型时
List list = new ArrayList();
list.add("Hello");
list.add(123); // 可以添加任何类型
String str = (String) list.get(0); // 需要强制转换
String num = (String) list.get(1); // 运行时 ClassCastException
// 使用泛型后
List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("Hello");
// list.add(123); // 编译错误！
String str = list.get(0); // 无需强制转换泛型的好处
- 类型安全：编译时检查类型，避免运行时错误
- 消除强转：无需手动进行类型转换
- 代码复用：同一套代码可以处理不同类型
泛型类
// 定义泛型类
public class Box<T> {
private T content;
public void set(T content) {
this.content = content;
}
public T get() {
return content;
}
}
// 使用泛型类
Box<String> stringBox = new Box<>();
stringBox.set("Hello");
String str = stringBox.get();
Box<Integer> intBox = new Box<>();
intBox.set(123);
Integer num = intBox.get();多个类型参数
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
Pair<String, Integer> pair = new Pair<>("age", 25);
String key = pair.getKey();
Integer value = pair.getValue();泛型接口
// 定义泛型接口
public interface Generator<T> {
T generate();
}
// 实现时指定类型
public class StringGenerator implements Generator<String> {
@Override
public String generate() {
return "Hello";
}
}
// 实现时保留泛型
public class GenericGenerator<T> implements Generator<T> {
private T value;
public GenericGenerator(T value) {
this.value = value;
}
@Override
public T generate() {
return value;
}
}泛型方法
泛型方法可以在普通类中定义，类型参数声明在返回类型之前。
public class Utils {
// 泛型方法
public static <T> T getFirst(List<T> list) {
if (list == null || list.isEmpty()) {
return null;
}
return list.get(0);
}
// 多个类型参数
public static <K, V> Map<K, V> createMap(K key, V value) {
Map<K, V> map = new HashMap<>();
map.put(key, value);
return map;
}
// 泛型方法与泛型类的类型参数无关
public static <E> void printArray(E[] array) {
for (E element : array) {
System.out.println(element);
}
}
}
// 使用
String first = Utils.getFirst(Arrays.asList("a", "b", "c"));
Map<String, Integer> map = Utils.createMap("key", 100);
Utils.printArray(new Integer[]{1, 2, 3});类型参数命名约定
| 参数 | 含义 |
|---|---|
| E | Element（元素） |
| T | Type（类型） |
| K | Key（键） |
| V | Value（值） |
| N | Number（数字） |
| S,U,V | 第2、3、4个类型参数 |
泛型边界
上界（extends）
限制类型参数必须是某个类型或其子类型。
// T 必须是 Number 或其子类
public class NumberBox<T extends Number> {
private T number;
public double doubleValue() {
return number.doubleValue(); // 可以调用 Number 的方法
}
}
NumberBox<Integer> intBox = new NumberBox<>(); // OK
NumberBox<Double> doubleBox = new NumberBox<>(); // OK
// NumberBox<String> strBox = new NumberBox<>(); // 编译错误！多重边界
// T 必须同时是 A 的子类并实现 B、C 接口
// 类必须放在第一位
public class Demo<T extends Comparable<T> & Serializable> {
// ...
}方法中的边界
// 限制只能接受 Number 及其子类的 List
public static <T extends Number> double sum(List<T> list) {
double total = 0;
for (T num : list) {
total += num.doubleValue();
}
return total;
}通配符
通配符 ? 表示未知类型，主要用于方法参数。
无界通配符
// 接受任意类型的 List
public static void printList(List<?> list) {
for (Object item : list) {
System.out.println(item);
}
}
printList(Arrays.asList(1, 2, 3));
printList(Arrays.asList("a", "b", "c"));上界通配符（extends）
// 接受 Number 或其子类的 List
public static double sumList(List<? extends Number> list) {
double total = 0;
for (Number num : list) {
total += num.doubleValue();
}
return total;
}
sumList(Arrays.asList(1, 2, 3)); // List<Integer>
sumList(Arrays.asList(1.0, 2.0, 3.0)); // List<Double>下界通配符（super）
// 接受 Integer 或其父类的 List
public static void addNumbers(List<? super Integer> list) {
list.add(1);
list.add(2);
list.add(3);
}
addNumbers(new ArrayList<Integer>()); // OK
addNumbers(new ArrayList<Number>()); // OK
addNumbers(new ArrayList<Object>()); // OK
// addNumbers(new ArrayList<Double>()); // 编译错误！PECS 原则
Producer Extends, Consumer Super
- 如果需要读取数据，使用
extends（生产者） - 如果需要写入数据，使用
super（消费者） - 如果既读又写，不使用通配符
// 从 source 读取，写入 dest
public static <T> void copy(List<? extends T> source, List<? super T> dest) {
for (T item : source) {
dest.add(item);
}
}通配符与泛型的区别
| 特性 | 泛型类型参数 T | 通配符 ? |
|---|---|---|
| 位置 | 类、接口、方法的定义 | 主要用于方法参数 |
| 是否可引用 | 可以在代码中引用 | 不能引用 |
| 赋值 | 可以赋值 | 只能读取，不能添加 |
| 多次使用 | 可以多次使用表示同一类型 | 每个 ? 表示不同类型 |
类型擦除
Java 的泛型是通过类型擦除实现的，在编译后泛型信息会被擦除。
// 编译前
public class Box<T> {
private T content;
public void set(T content) { this.content = content; }
public T get() { return content; }
}
// 编译后（类型擦除）
public class Box {
private Object content;
public void set(Object content) { this.content = content; }
public Object get() { return content; }
}类型擦除的影响
// 1. 无法使用基本类型
// List<int> list; // 错误！必须使用 Integer
// 2. 运行时无法获取泛型类型
List<String> strings = new ArrayList<>();
List<Integer> integers = new ArrayList<>();
System.out.println(strings.getClass() == integers.getClass()); // true
// 3. 无法创建泛型数组
// T[] array = new T[10]; // 编译错误
// 4. 无法 instanceof 泛型类型
// if (obj instanceof List<String>) {} // 编译错误
// 5. 无法创建泛型类型的实例
// T instance = new T(); // 编译错误获取泛型类型信息
虽然运行时泛型信息被擦除，但可以通过反射获取类声明的泛型类型：
public class UserDao extends BaseDao<User> { }
// 获取父类的泛型参数
Class<UserDao> clazz = UserDao.class;
Type genericSuperclass = clazz.getGenericSuperclass();
ParameterizedType pt = (ParameterizedType) genericSuperclass;
Type[] types = pt.getActualTypeArguments();
Class<?> entityClass = (Class<?>) types[0];
System.out.println(entityClass); // class User泛型的限制
不能使用基本类型
// List<int> list; // 错误
List<Integer> list = new ArrayList<>(); // 正确不能创建泛型数组
// 直接创建泛型数组是不允许的
// T[] array = new T[10]; // 编译错误
// List<String>[] array = new List<String>[10]; // 编译错误
// 替代方案
List<String>[] array = (List<String>[]) new List<?>[10];
Object[] objArray = new Object[10];不能实例化类型参数
public class Factory<T> {
// T instance = new T(); // 编译错误
// 替代方案：通过 Class 创建
public T create(Class<T> clazz) throws Exception {
return clazz.getDeclaredConstructor().newInstance();
}
}静态成员不能使用类的类型参数
public class Box<T> {
// private static T value; // 编译错误
// public static T getValue() { } // 编译错误
// 但静态方法可以有自己的泛型参数
public static <E> E getValue(E value) {
return value;
}
}泛型实战
泛型工具类
public class CollectionUtils {
// 判空
public static <T> boolean isEmpty(Collection<T> collection) {
return collection == null || collection.isEmpty();
}
// 获取第一个元素
public static <T> T getFirst(List<T> list) {
return isEmpty(list) ? null : list.get(0);
}
// 过滤
public static <T> List<T> filter(List<T> list, Predicate<T> predicate) {
List<T> result = new ArrayList<>();
for (T item : list) {
if (predicate.test(item)) {
result.add(item);
}
}
return result;
}
// 转换
public static <T, R> List<R> map(List<T> list, Function<T, R> mapper) {
List<R> result = new ArrayList<>();
for (T item : list) {
result.add(mapper.apply(item));
}
return result;
}
}泛型响应类
public class Result<T> {
private int code;
private String message;
private T data;
private Result(int code, String message, T data) {
this.code = code;
this.message = message;
this.data = data;
}
public static <T> Result<T> success(T data) {
return new Result<>(200, "success", data);
}
public static <T> Result<T> error(int code, String message) {
return new Result<>(code, message, null);
}
// Getter 方法...
}
// 使用
Result<User> result = Result.success(new User("张三"));
Result<List<User>> listResult = Result.success(Arrays.asList(user1, user2));泛型 DAO
public interface BaseDao<T, ID> {
T findById(ID id);
List<T> findAll();
void save(T entity);
void update(T entity);
void deleteById(ID id);
}
public class UserDaoImpl implements BaseDao<User, Long> {
@Override
public User findById(Long id) { /* ... */ }
@Override
public List<User> findAll() { /* ... */ }
@Override
public void save(User entity) { /* ... */ }
@Override
public void update(User entity) { /* ... */ }
@Override
public void deleteById(Long id) { /* ... */ }
}