10.泛型底层原理：类型擦除与边界限定

🧱 Java基础与集合篇 · 第10篇

主题：泛型底层原理：类型擦除与边界限定

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🎯 你将收获：Java 泛型的编译期机制、类型擦除原理、桥接方法生成、通配符与边界限定的本质。
💡 泛型是 Java 面试里最容易“说错话”的知识点之一。

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一、为什么要问泛型？

💬 面试官想听到的不是“泛型是为了类型安全”，
而是——
你是否理解 Java 泛型是“伪泛型”，本质是编译期检查，运行期无泛型信息（擦除）。

Java 泛型不是 C++ 的模板，不会为泛型生成不同的类。
它只是让编译器去做类型检查，运行期仍然是原始类型。

☕️ 一句话：
泛型强在编译期，弱在运行期。

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二、Java 泛型底层本质：类型擦除（Type Erasure）

Java 泛型在 编译期 起作用，
在 运行期 会被完全擦除。

示例：

List<String> list1 = new ArrayList<>();
List<Integer> list2 = new ArrayList<>();

运行期：

list1.getClass() == list2.getClass(); // true

解释：字节码里两者都是 List，泛型参数在运行期不存在。

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三、类型擦除后是什么？

1. 无界泛型 T 会被擦除为 Object：

class Box<T> {
    T value;
}

擦除后：

class Box {
    Object value;
}

2. 有界泛型 T extends Number 会被擦除为上界：

class Box<T extends Number> { ... }

擦除后等价于：

class Box {
    Number value;
}

结论：泛型擦除后会替换为上界或 Object。

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四、为什么会出现桥接方法（Bridge Method）？

桥接方法用于“保持多态一致性”，
尤其是在 泛型与继承结合时。

示例：

class Parent<T> {
    T get() { return null; }
}
class Child extends Parent<String> {
    @Override
    String get() { return "A"; }
}

擦除后，Parent 的方法为：

Object get();

而 Child 的 get() 为：

String get();

JVM 认为这是 “方法签名不一致”，
编译器自动生成桥接方法：

Object get() {
    return get(); // 调用 String get()
}

☕️ 一句话：桥接方法是擦除机制的副产物，用于维持重写关系。

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五、通配符与边界限定真正含义（重要）

1️⃣ 无界通配符 ?

List<?> list

含义：

• 你不知道列表里是什么类型；
• 你几乎不能往里 add（除了 null）；
• 只能读，不能写。

“读多写少→用 ?”

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2️⃣ 上界通配符 ? extends T

List<? extends Number>

含义：

• 列表元素类型是 Number 或其子类；
• get() 返回 Number；
• 不能 add 除了 null（因为不知道实际子类型）。

“只读不写→extends”
PECS 原则：Producer Extends

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3️⃣ 下界通配符 ? super T

List<? super Integer>

含义：

• 列表元素类型是 Integer 或其父类；
• get() 返回 Object（可能是父类）；
• add(Integer) 一定安全。

“写多读少→super”
PECS 原则：Consumer Super

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六、PECS 原则总结（面试必考）

PECS：Producer Extends, Consumer Super

要从中取数据（Producer），用 extends
要往里放数据（Consumer），用 super

背这个就够了。

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七、泛型常见高级问题

❌ 为什么不能创建泛型数组？

List<String>[] lists = new List<String>[10]; // 编译错误

因为数组在运行期需要知道确切类型，而泛型已经擦除。

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❌ 为什么下面代码会报警告？

List<String> list = new ArrayList();

原因：Raw Type（原始类型），失去了泛型检查，会产生类型安全问题。

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❌ 重载方法能否根据泛型区分？

void test(List<String> list);
void test(List<Integer> list);

运行期擦除后签名相同，因此无法重载。

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八、面试官追问清单

问题	答案要点
Java 泛型是编译期还是运行期？	编译期有效，运行期擦除。
类型擦除是什么？	泛型信息被擦除成上界或 Object。
为什么要擦除？	为了兼容旧版本 JVM（JDK1.4）。
什么是桥接方法？	泛型导致重写签名冲突时，编译器生成中间方法保持多态。
PECS 是什么？	Producer Extends, Consumer Super。
为什么不能创建泛型数组？	数组需要运行期确定类型，而泛型已经擦除。

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九、项目实践建议

• 开发中优先使用：
  List<? extends T> 表示“从中取数据”
  List<? super T> 表示“往里放数据”
• 尽量避免原始类型（Raw Type）；
• 避免复杂嵌套泛型，使用自定义类或 record 简化；
• 泛型接口/泛型方法更灵活，利于复用。

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十、口诀记忆

☕️ “泛型编译用，运行全擦空；读用 extends，写用 super。”

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十一、小结

知识点	结论
泛型本质	编译期类型检查，运行期擦除
擦除后替换	无界→Object，有界→上界类型
桥接方法	为保持重写关系自动生成
通配符	? 读；? extends 强读；? super 强写
PECS 原则	Producer Extends, Consumer Super
原始类型	不安全，避免使用

✅ 一句话总结：
“泛型是编译器的语言，不是 JVM 的语言。”