java 泛型深刻理解，泛型实现原理——类型擦除

泛型

个人的一点理解，如有错误请指正，谢谢。

1. 什么是泛型？有什么作用？

泛型即参数化类型，用于解决数据类型的安全性问题，通过泛型参数可以指定传入的对象类型。比如创建集合的时候指定了集合的泛型为String类型，就表示该集合中只能存放String类型对象。

泛型注意事项：

• 泛型不能用基本数据类型
• 在给泛型指定具体类型后，可以传入该类型或者其子类类型

2. 泛型的使用方式有哪几种？

泛型类，泛型接口，泛型方法。即将泛型定义在类名后面，接口名后面，方法入参出参上。

3. 类型擦除

名词介绍

• 泛型类型：泛型类型是指具有类型参数的类或接口。List<String>是一个泛型类型

• 类型参数：在 List<String> 中，类型参数是 String。

• 泛型的通配符：无界通配符 List<?> 表示可以匹配任意类型；上界通配符 List<? extends Number> 表示一个匹配 Number 或其子类类型的列表；下界通配符 List<? super Integer> 表示一个匹配 Integer 或其父类类型的列表。

什么是类型擦除？

Java 泛型的实现原理是通过类型擦除来实现的。类型擦除是指在编译时将泛型类型的信息擦除，将泛型类型转换为它们的原始类型，并将类型参数替换为Object类型或限定类型。

类型擦除的过程主要有以下几个步骤：

1. 替换类型参数：类型参数会被擦除为 Object 类型或限定类型。例如，List<T>中的T会被擦除为Object，class MyClass<T extends Number>中的T会被替换为Number。
2. 擦除泛型类型：泛型类型在编译时会被擦除为原始类型。例如，List<String>在编译后会被擦除为List。
3. 类型转换：在泛型代码中，编译器会插入必要的转换操作（类型强制转换、自动装箱/拆箱等）以保持类型安全性。
4. 类型检查：编译器会在编译时进行类型检查以确保类型安全性。这样可以在编译时捕获类型错误。

泛型通过在编译时进行类型检查，来保证类型安全。编译器会捕获许多类型相关的错误，使得这些错误可以在编译阶段被发现和解决，而不是在运行时导致异常或错误的发生。

一旦程序经过编译并转换为字节码后，泛型的类型信息会被擦除，运行时无法获取泛型类型参数的具体信息。这就意味着在运行时无法直接操作泛型类型参数的具体类型。这也是为什么无法实例化泛型数组、直接获取泛型的具体类型或进行类型判断的原因。

需要注意的是，尽管类型擦除限制了在泛型代码内部操作具体类型参数的能力，但通过一些编程模式和技巧（如通配符、反射、工厂模式等），仍然可以实现泛型的灵活使用和类型安全性。

解释 “由于类型擦除的存在，泛型类型参数的具体类型在运行时是不可知的”，如下：

意味着在泛型代码内部，无法获取泛型类型参数的具体类型信息。举个例子，考虑以下代码：

public class MyClass<T> {
    public void process(T obj) {
        // 无法在运行时获取 T 的具体类型信息
    }
}

MyClass<String> myClass = new MyClass<>();
myClass.process("Hello");

在上述代码中，泛型类 MyClass<T> 中的泛型类型参数 T 在编译时会被擦除为其上界或实际类型。因此，在 process() 方法内部，无法在运行时获取 T 的具体类型信息。无法直接知道 T 是否是 String 类型。

这意味着在泛型代码内部无法使用 T 的具体类型来执行特定的操作，如创建新的 T 对象、调用 T 特定的方法等。因为在运行时，泛型类型参数的具体类型信息已经被擦除。

通过对类型擦除的了解，我们在回过头来看使用泛型的一些限制条件就很清晰明朗了，如下

1. 泛型类型参数不能是基本数据类型：因为当类型擦除后类型参数会变为 Object 等引用类型，而基本数据类型不能被当做引用类型来处理。

2. 使用 instanceof 注意点：instanceof 是用来判断一个对象是否为一个类的实例。由于类型擦除的存在，泛型类型参数的具体类型在运行时是不可知的，因此 instanceof 运算符不能直接用于泛型类型参数。

3. 不能创建一个泛型类型的实例，也不能创建泛型数组：

   T obj = new T(); 	// 不被允许的
   T[] arr = new T[size]; // 不被允许
   

   应为其中的T可能是Object或者其他限界，因此对其 new没有意义。

2和3理论上解释是由于类型擦除，泛型的类型参数的具体类型在运行时是不可知的。

最终案例：

List<String> list = new ArrayList<>();
list.add(str);

在上述代码运行时，通过list.add(str)将元素 str 添加到 List<String> 中时，泛型类型参数的具体信息被擦除了。由于泛型类型参数在运行时不可知，编译器无法确切知道添加的元素的具体类型。

因此，添加的元素 a 会被当作 Object 类型处理，并且存储在 List 内部的对象数组中。从编译器的角度来看，list 是一个 List<String> 类型的对象，但在运行时（JVM角度），List<String> 会被擦除为原始类型 List。

当我们从 list 中取出元素时，编译器会自动进行类型转换。例如，通过 String element = list.get(0); 取出索引为 0 的元素时，编译器会将其强制转换为 String 类型，以符合泛型类型参数为 String 的声明。