每日5题Java面试系列(8)：进阶篇（泛型擦除、泛型通配符、Java泛型与C Sharp泛型的区别、泛型在集合框架中应用有哪些、SPI与API的区别、如何实现自己的SPI扩展点等）-优快云博客

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系列介绍

欢迎来到"Java面试基础篇"系列！本系列旨在帮助Java开发者系统性地准备面试，每天精选至少5道经典面试题，涵盖Java基础、进阶、框架等各方面知识。坚持学习21天，助你面试通关！
基础面试题：
每日5题Java面试系列基础(1)
每日5题Java面试系列基础(2)
每日5题Java面试系列基础(3)
每日5题Java面试系列基础(4)
每日5题Java面试系列基础(5)
每日5题Java面试系列基础(6)
每日5题Java面试系列基础(7)

一、泛型相关问题

1. 什么是类型擦除？它有什么局限性

类型擦除是Java泛型实现的核心机制，它通过编译时类型检查、运行时擦除类型信息的方式实现了泛型，同时保持了与老版本Java的兼容性。具体来说，编译器会在编译时进行类型检查，然后将泛型类型替换为它们的限定类型（通常是Object），并在必要时插入类型转换。

类型擦除带来的局限性主要有：

运行时类型信息丢失：无法在运行时获取泛型的具体类型参数，例如List<String>和List<Integer>在运行时都是List
实例化限制：不能直接实例化类型参数，如new T()是不允许的
数组创建限制：不能创建泛型数组，如new T[10]
方法重载问题：由于擦除后签名相同，不能仅靠泛型类型参数不同来重载方法
原始类型使用：为了兼容性，允许使用原始类型，但这会失去类型安全性

在JDK团队设计泛型时，类型擦除是权衡后的选择。虽然带来了这些限制，但它确保了二进制兼容性，使现有代码能继续运行。在Java 8中，通过类型推断的改进和@SafeVarargs等注解，部分缓解了这些限制。

2. 泛型通配符`<?>`、`<? extends T>`和`<? super T>`有什么区别

这三种通配符体现了Java泛型中PECS原则（Producer-Extends, Consumer-Super）的核心思想：

无界通配符<?>：
- 表示完全未知的类型
- 只能调用与类型无关的方法（如size()、clear()）
- 不能添加任何元素（除了null），因为类型未知
- 常用于方法参数，表示方法不依赖具体类型
上界通配符<? extends T>：
- 表示T或T的某个子类型
- 适合从集合中读取元素（生产者场景）
- 不能安全地添加元素（除了null），因为实际类型可能是T的任何子类
- 例如：List<? extends Number>可以包含Number、Integer或Double
下界通配符<? super T>：
- 表示T或T的某个超类型
- 适合向集合中添加元素（消费者场景）
- 读取时只能保证得到Object类型
- 例如：List<? super Integer>可以添加Integer及其子类，但读取时只能保证是Object

在实际设计中，PECS原则指导我们：当数据结构作为生产者（提供数据）时使用extends，作为消费者（接收数据）时使用super。例如，Collections.copy方法的签名就完美体现了这一点：

public static <T> void copy(List<? super T> dest, List<? extends T> src)

3. Java泛型与C#泛型的区别是什么

Java和C#的泛型虽然概念相似，但实现机制和特性有显著差异：

实现方式：
- Java使用类型擦除，在运行时没有泛型类型信息
- C#在CLR中直接支持泛型，运行时保留完整类型信息
性能：
- C#值类型的泛型避免了装箱拆箱，性能更好
- Java对基本类型仍需装箱，直到Java 8的专门化泛型出现
类型约束：
- C#支持更丰富的约束（如where T : new()）
- Java只支持extends约束
反射支持：
- C#可以反射获取泛型参数类型
- Java由于类型擦除，运行时无法获取
协变/逆变：
- C#通过in/out关键字支持声明点变体
- Java通过通配符在使用点实现变体

从架构角度看，C#的实现更"真实"但需要运行时支持，Java的实现更注重兼容性和迁移路径。Java 10引入的局部变量类型推断(var)和未来可能出现的专门化泛型(Valhalla项目)正在缩小这一差距。

4. 泛型在集合框架中的应用有哪些

泛型在Java集合框架中的应用是它最成功的案例之一：

类型安全集合：
- 如List<String>确保只能包含字符串
- 消除了强制类型转换的需要
集合工具类：
- Collections类中的算法如sort、binarySearch都泛型化
- 例如：<T extends Comparable<? super T>> void sort(List<T> list)
集合接口设计：
- 核心接口如Collection<E>, List<E>, Map<K,V>都参数化
- 迭代器Iterator<E>也相应泛型化
特殊集合实现：
- CheckedCollection等包装类使用泛型进行运行时类型检查
- EnumSet<E extends Enum<E>>专门优化枚举集合
Java 8 Stream API集成：
- Stream操作链充分利用泛型进行类型推断
- 如<R> Stream<R> map(Function<? super T,? extends R> mapper)

集合框架的泛型设计体现了’契约式设计’思想。例如，List<E>的toArray(T[] a)方法实现非常精妙：它既利用了泛型提供类型安全，又通过运行时检查确保数组类型正确，同时优化了数组重用场景。

二、SPI相关问题

1. SPI与API的区别是什么

SPI（Service Provider Interface）和API虽然相关，但关注点完全不同：

控制方向：
- API是提供给调用者的契约，控制权在实现者
- SPI是提供给实现者的契约，控制权在调用者
使用场景：
- API用于应用程序直接调用的功能
- SPI用于框架扩展和插件机制
依赖关系：
- API通常由调用者依赖提供者
- SPI通常由提供者依赖调用者（反向依赖）
变化频率：
- API需要保持高稳定性
- SPI可能随框架演进而变化

架构视角：
从架构层次看，API是水平分层的接口，而SPI是垂直分层的扩展点。好的SPI设计应该遵循’好莱坞原则’：‘不要调用我们，我们会调用你’。

2. 如何实现自己的SPI扩展点

实现自定义SPI扩展点需要以下几个关键步骤：

定义服务接口：

public interface MyService {
    void execute();
}

创建服务配置文件：
- 在META-INF/services/目录下创建以接口全限定名命名的文件
- 文件内容为实现类的全限定名

实现服务提供者：

public class MyServiceImpl implements MyService {
    @Override
    public void execute() {
        // 实现逻辑
    }
}

使用ServiceLoader加载服务：

ServiceLoader<MyService> loader = ServiceLoader.load(MyService.class);
for (MyService service : loader) {
    service.execute();
}

高级实现技巧：

支持优先级：可以通过在实现类上添加@Priority注解或自定义注解实现
延迟加载：结合java.util.function.Supplier实现按需加载
依赖注入：在SPI实现中集成DI容器
条件加载：通过配置文件或系统属性控制哪些实现被加载

3. Spring的SPI机制与Java标准SPI有何不同

Spring框架的SPI机制在Java标准SPI基础上进行了大量增强：

加载机制：
- 标准SPI使用ServiceLoader，Spring使用SpringFactoriesLoader
- Spring的配置文件是META-INF/spring.factories，支持键值对形式
功能扩展：
- Spring支持@Conditional等条件化加载
- 支持通过Environment进行属性驱动
- 自动与ApplicationContext集成
性能优化：
- Spring会缓存加载结果，避免重复解析
- 支持更灵活的类加载策略
典型应用：
- 自动配置（@EnableAutoConfiguration）
- 应用上下文初始化器
- 自动配置导入选择器

架构意义：
Spring的SPI机制是其’约定优于配置’哲学的核心实现。例如，Spring Boot的自动配置就是通过spring.factories中定义的EnableAutoConfiguration实现类列表驱动的，这种设计实现了高度的可扩展性和模块化。

4. SPI机制的性能如何？有哪些优化方法

标准SPI机制的性能特点及优化方案：

性能瓶颈：

类加载开销：每次ServiceLoader.load()都会重新解析配置文件
反射开销：通过反射实例化服务类
同步开销：ServiceLoader内部使用同步块

优化方案：

缓存机制：
- 缓存已加载的服务实例
- 如Spring的SpringFactoriesLoader内部缓存
预加载策略：
- 在启动阶段预先加载常用SPI
- 使用后台线程并行加载
减少反射：
- 使用MethodHandle替代反射
- 预生成字节码（如GraalVM的native image）

选择性加载：

// 使用iterator()的懒加载特性
ServiceLoader<MyService> loader = ServiceLoader.load(MyService.class);
Iterator<MyService> iterator = loader.iterator();
if (iterator.hasNext()) {
    MyService service = iterator.next();
    // 使用第一个找到的实现
}