告诉你一个Java 泛型背后的秘密，为什么无法实现真正的泛型？

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2023年07月21日 06:16 · 阅读数 11

Java泛型是Java语言中一个非常重要的特性，它使得我们能够在编写代码时更加有表现力和类型安全。然而，在使用泛型时，我们可能会遇到一些限制，例如类型擦除、无法实例化泛型类型等问题。这些问题背后的原因是什么？本文将从Java泛型设计的历史以及类型擦除的实现机制等方面来分析Java泛型背后的秘密。

1、Java泛型的历史

Java泛型最初是在Java 5中引入的。Java泛型背后的主要思想是参数化类型，即可以在声明变量、方法、类时指定类型参数，从而支持对不同类型的对象进行统一的处理。

例如，我们可以使用泛型来声明一个ArrayList对象：

List<String> list = new ArrayList<>();

在上述代码中，List和ArrayList后面的尖括号中就是类型参数。在这个例子中，我们声明了一个List对象，其中存储的元素类型为String。

Java泛型的设计非常灵活，可以轻松地支持多种参数化类型。例如，可以使用一个泛型方法来计算两个数值的最大值：

public static <T extends Comparable<T>> T maximum(T x, T y) {
    return x.compareTo(y) > 0 ? x : y;
}

String maxString = maximum("abc", "def");
Integer maxInteger = maximum(1, 2);

在上述代码中，我们定义了一个泛型方法maximum，该方法接受两个类型为T的参数，并返回一个类型为T的值。在方法定义中，我们使用了泛型限定符extends Comparable<T>，表示T必须实现Comparable接口，以便可以使用compareTo方法进行比较。

然而，在使用泛型时，我们也会遇到一些问题。其中最重要的一个问题是类型擦除。

2、类型擦除

Java泛型是通过类型擦除来实现的。这意味着在编译期间，所有有关泛型的信息都将被擦除，例如类型参数和泛型类或方法中的各种限制条件。因此，在运行时，泛型对象和非泛型对象的行为是相同的。

例如，考虑下面的代码：

List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("hello");
String s = list.get(0);

在编译时，该代码会被转换为：

List list = new ArrayList();
list.add("hello");
String s = (String)list.get(0);

可以看到，在编译时，所有的类型参数都已被擦除，所以类型擦除在编译时确保了类型安全，但在运行时却无法获取类型信息。

类型擦除也带来了一些其他的限制。例如，无法直接实例化一个泛型类型：

T t = new T(); // 编译错误

在编译时，泛型参数T被擦除成了Object类型，所以这段代码相当于是试图创建一个Object类型的对象，这是不合法的。

为了解决这个问题，我们通常会使用工厂方法或构造函数来实例化泛型类型，例如：

public static <T> List<T> createList(Class<T> clazz) throws Exception {
    return clazz.newInstance();
}

在上述代码中，createList方法使用了类型标记，确保我们可以安全地实例化泛型类型。

由于类型擦除的局限性，Java泛型并没有实现真正的泛型，而是在类型检查和编译期间提供了额外的安全检查。这意味着在运行时，我们无法获得泛型的真实类型信息，从而使得我们无法对泛型类型进行动态的操作。

3、Java泛型背后的秘密

上述问题的所有根源都可以追溯到Java泛型的历史和设计。当Java泛型最初引入时，它的设计目标是为了增强类型安全，并提供更好的支持和互操作性。然而，Java泛型的实现方式却是通过类型擦除来实现的，这给Java泛型带来了许多限制和局限性。下面是Java泛型背后的一些秘密：

Java泛型的设计比较保守，在引入时考虑了与既有代码和类型系统的兼容性问题，因此采用了类型擦除来实现泛型。
类型擦除的实现机制使得泛型类型在运行时失去类型信息，从而无法对泛型类型进行动态操作。
泛型类型参数可以使用通配符、限定符、边界等方式限制其类型范围，但这些限制在运行时都会被擦除。
为了避免类型擦除带来的问题，我们通常需要使用类型标记、反射、工厂方法或构造函数等技术来实例化泛型类型或获取泛型类型的真实类型信息。
在Java中，数组和泛型是不同的概念，数组在运行时保留了其元素类型信息，而泛型则没有。

综上所述，Java泛型背后的秘密是：Java泛型的设计目标是增强类型安全，提高代码的表现力和可读性，但在实现过程中采用了类型擦除这种比较保守的方式，从而导致了许多限制和局限性。为了避免这些问题，我们通常需要使用一些技术手段来获取泛型类型的信息，并进行安全的操作。