Java中的类型擦除与泛型机制详解

1. 泛型的基本概念

Java泛型是JDK 5引入的特性，旨在编译时提供类型安全检查，并避免强制类型转换的麻烦。例如：

List<String> list = new ArrayList<>(); // 只能添加String类型

核心作用：

• 类型安全：编译时检查类型匹配，避免运行时抛出ClassCastException。
• 代码复用：一套代码可适配多种类型（如List<T>）。

2. 类型擦除的原理

Java泛型是通过类型擦除（Type Erasure）实现的，即泛型信息仅在编译阶段存在，在编译后的字节码中会被替换为原始类型（Raw Type），并在需要时插入强制类型转换。

2.1 擦除规则

• 无界泛型（如T）→ 替换为Object：

  // 编译前  
  public class Box<T> {  
      private T value;  
  }  
  // 编译后（字节码级别）  
  public class Box {  
      private Object value;  
  }  
  

• 有界泛型（如T extends Number）→ 替换为边界类型（Number）：

  // 编译前  
  public class Box<T extends Number> {  
      private T value;  
  }  
  // 编译后  
  public class Box {  
      private Number value;  
  }  
  

2.2 擦除带来的影响

• 泛型类型无法通过instanceof检查：

  // 编译错误！  
  if (list instanceof List<String>) {}  
  

• 不能创建泛型数组：

  // 编译错误！  
  T[] array = new T[10];  
  

  原因：擦除后T变为Object，但数组需要明确的类型信息。

3. 类型擦除的补偿机制

为了保留类型安全性，编译器在擦除的同时会插入桥接方法（Bridge Method）和强制类型转换。

3.1 桥接方法示例

// 编译前  
public interface Comparable<T> {  
    int compareTo(T o);  
}  
public class Integer implements Comparable<Integer> {  
    public int compareTo(Integer o) { ... } // 重写方法  
}  

编译后，由于擦除，Comparable接口中的compareTo方法变为compareTo(Object)，但Integer类中重写的是compareTo(Integer)。为了解决这个问题，编译器会自动生成一个桥接方法：

// 编译器生成的桥接方法  
public int compareTo(Object o) {  
    return compareTo((Integer) o); // 调用具体类型的方法  
}  

3.2 类型转换的插入

// 编译前  
List<String> list = new ArrayList<>();  
String s = list.get(0);  
// 编译后（等效代码）  
List list = new ArrayList();  
String s = (String) list.get(0); // 自动插入强制转换  

4. 泛型中的特殊语法

4.1 通配符（Wildcards）

• <? extends T>（上界通配符）：允许接收T及其子类型，只能读取不能写入（除null外）。

  List<? extends Number> list = new ArrayList<Integer>();  
  Number n = list.get(0); // 安全读取  
  // list.add(new Integer(1)); // 编译错误！  
  

• <? super T>（下界通配符）：允许接收T及其父类型，可写入但读取需强制转换。

  List<? super Integer> list = new ArrayList<Number>();  
  list.add(new Integer(1)); // 安全写入  
  Object obj = list.get(0); // 读取只能为Object类型  
  

4.2 类型擦除对重载的影响

由于擦除后泛型参数会变为相同原始类型，不能通过泛型类型不同来重载方法：

// 编译错误！两个方法擦除后均为method(List list)  
void method(List<String> list) {}  
void method(List<Integer> list) {}  

5. 实践中的注意事项

1. 泛型与反射：
   • 运行时无法直接获取泛型参数类型（如T.class非法），但可通过ParameterizedType获取父类或字段的泛型信息（如List<String>中的String）。
2. 泛型与异常：
   • 不能抛出或捕获泛型类的实例（catch (T e)非法）。
3. 类型擦除的局限性：
   • 泛型无法用于基本类型（需使用包装类），但Java提供了自动装箱/拆箱。

6. 总结

Java泛型通过类型擦除在编译期提供类型安全，避免了运行时开销，但也带来了部分局限性（如无法直接使用基本类型、运行时类型信息丢失）。理解擦除机制和通配符规则，是高效使用泛型的关键。