一、引言

Java 泛型（Generics）是自 JDK 5 開(kāi)始引入的一項(xiàng)重要特性，它讓開(kāi)發(fā)者能夠在編譯時(shí)期進(jìn)行類型檢查，提高代碼的類型安全性與可讀性。例如：

List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("Hello");
// list.add(123); // 編譯報(bào)錯(cuò)，類型安全

但在使用泛型過(guò)程中，常遇到一些問(wèn)題，如無(wú)法在運(yùn)行時(shí)獲取泛型具體類型、方法因泛型參數(shù)不同導(dǎo)致重載沖突等，這些問(wèn)題的背后是 Java 泛型擦除機(jī)制在起作用。本文將深入介紹泛型擦除的相關(guān)內(nèi)容，包括其原理、實(shí)現(xiàn)方式、帶來(lái)的影響以及常見(jiàn)問(wèn)題。

二、什么是泛型擦除（Type Erasure）

1. 定義

泛型擦除（Type Erasure）是 Java 泛型的核心實(shí)現(xiàn)機(jī)制，指的是在 Java 編譯期間，編譯器對(duì)泛型類型參數(shù)（如 <T>、<E>）進(jìn)行類型檢查，但在編譯為字節(jié)碼后，所有泛型類型信息都會(huì)被擦除，替換為其邊界類型（通常是 Object，或者指定的上限類型），運(yùn)行時(shí)不存在泛型信息。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，泛型只在編譯階段有效，運(yùn)行時(shí)（JVM 層面）無(wú)法獲取泛型類型參數(shù)。

2. 示例

定義一個(gè)泛型類：

public class Box<T> {
    private T value;
    public void set(T value) {
        this.value = value;
    }
    public T get() {
        return value;
    }
}

在運(yùn)行時(shí)，JVM 不會(huì)為 Box<String>和 Box<Integer>分別生成不同的類。實(shí)際上，經(jīng)過(guò)編譯后，泛型類型參數(shù) T會(huì)被擦除，Box<T>類似于 Box<Object>，即：

public class Box {
    private Object value;  // T 被擦除成 Object
    public void set(Object value) {
        this.value = value;
    }
    public Object get() {
        return value;
    }
}

所以，Box<String>和 Box<Integer>在運(yùn)行時(shí)都是 Box，泛型類型信息 T不復(fù)存在。

三、為什么要做泛型擦除？（設(shè)計(jì)初衷）

Java 泛型在 JDK 5 中引入，但 JVM（Java 虛擬機(jī)）的指令集與字節(jié)碼格式在 JDK 1.4 及之前并未為泛型預(yù)留空間。

若 Java 實(shí)現(xiàn)類似 C++ 的“真泛型”（每個(gè)泛型類型參數(shù)組合都生成一份獨(dú)立的字節(jié)碼，即模板實(shí)例化），會(huì)帶來(lái)諸多問(wèn)題：

• 每個(gè) Box<String>、Box<Integer>都會(huì)生成一份獨(dú)立的 .class文件，造成類數(shù)量急劇增加（類爆炸）。
• 所有現(xiàn)有的 JVM、字節(jié)碼指令、類加載機(jī)制都要重寫，工作量大且不現(xiàn)實(shí)。

因此，Java 設(shè)計(jì)者采取折中方案：

• 在編譯階段進(jìn)行泛型類型檢查，保證類型安全。
• 在編譯后擦除泛型類型信息，生成普通字節(jié)碼（不包含泛型信息）。
• 運(yùn)行時(shí)不再區(qū)分 Box<String>和 Box<Integer>，它們都是 Box。

這就是泛型擦除的由來(lái)，其核心目的是保證泛型在 Java 中可用，同時(shí)不改變 JVM 的結(jié)構(gòu)，兼容舊代碼與字節(jié)碼體系。

四、泛型擦除是如何實(shí)現(xiàn)的？

泛型擦除主要體現(xiàn)在以下方面：

1. 泛型類 / 接口的類型參數(shù)被擦除

泛型類或接口中的類型參數(shù)會(huì)被替換為其邊界類型，若未指定邊界類型，則替換為 Object。例如 class Box<T>擦除后為 class Box，T替換為 Object；若定義為 class Box<T extends Number>，則 T擦除為 Number。

2. 泛型方法的類型參數(shù)也被擦除

泛型方法中的類型參數(shù)同樣會(huì)被擦除。例如：

<T> void print(T t) { 
    System.out.println(t);
}

擦除后，T被替換為 Object，方法變?yōu)椋?/p>

void print(Object t) { 
    System.out.println(t);
}

3. 類型參數(shù)在繼承和實(shí)現(xiàn)中的擦除

當(dāng)泛型類進(jìn)行繼承或?qū)崿F(xiàn)時(shí)，類型參數(shù)也會(huì)被擦除。例如：

class Parent<T> {
    T data;
}
class Child extends Parent<String> {
    // 這里 T 被擦除為 String
}

在編譯后，Child類中的 data字段類型實(shí)際上是 String，但在字節(jié)碼層面，泛型信息已被擦除。

五、泛型擦除帶來(lái)的影響

1. 無(wú)法在運(yùn)行時(shí)獲取泛型具體類型

由于泛型擦除，運(yùn)行時(shí)無(wú)法直接獲取泛型類型參數(shù)的具體信息。例如，以下代碼無(wú)法通過(guò)編譯：

public class GenericClass<T> {
    public Class<T> getGenericType() {
        return T.class; // 編譯錯(cuò)誤，無(wú)法獲取 T 的 Class 對(duì)象
    }
}

若要獲取泛型類型信息，可通過(guò)傳遞 Class<T>參數(shù)的方式實(shí)現(xiàn)，例如：

public class GenericClass<T> {
    private Class<T> type;
    public GenericClass(Class<T> type) {
        this.type = type;
    }
    public Class<T> getGenericType() {
        return type;
    }
}

2. 方法重載因泛型擦除導(dǎo)致沖突

Java 不允許僅靠泛型參數(shù)不同來(lái)重載方法，因?yàn)榉盒筒脸蠓椒ê灻赡芟嗤?。例如，以下兩個(gè)方法無(wú)法同時(shí)存在：

public void process(List<String> list) { 
    // 方法實(shí)現(xiàn)
}
public void process(List<Integer> list) { 
    // 方法實(shí)現(xiàn)
}

編譯器會(huì)報(bào)錯(cuò)，因?yàn)榉盒筒脸?，兩個(gè)方法都變?yōu)?public void process(List list)，方法簽名沖突。

3. 無(wú)法創(chuàng)建泛型數(shù)組

由于泛型擦除，無(wú)法在運(yùn)行時(shí)確定數(shù)組元素的具體類型，因此不能直接創(chuàng)建泛型數(shù)組。例如，以下代碼無(wú)法通過(guò)編譯：

T[] arr = new T[10]; // 編譯錯(cuò)誤

若要?jiǎng)?chuàng)建數(shù)組，可使用 Object 數(shù)組并進(jìn)行強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換，但要注意類型安全問(wèn)題。

4. instanceof 操作符無(wú)法使用泛型

由于泛型擦除，無(wú)法在運(yùn)行時(shí)判斷對(duì)象是否為某個(gè)泛型類型的實(shí)例。例如，以下代碼無(wú)法通過(guò)編譯：

if (obj instanceof List<String>) { 
    // 代碼塊
}

但可以使用原始類型進(jìn)行判斷，如 if (obj instanceof List)，不過(guò)這種方式無(wú)法區(qū)分具體的泛型類型。

六、常見(jiàn)問(wèn)題與面試考點(diǎn)

1. 泛型擦除的目的是什么？

主要是為了保持與 Java 1.4 及之前版本的 JVM 兼容，避免為每種泛型都生成不同的字節(jié)碼，防止改變 JVM 結(jié)構(gòu)，同時(shí)保證編譯時(shí)期的類型安全。

2. 泛型擦除對(duì)運(yùn)行時(shí)有什么影響？

運(yùn)行時(shí)無(wú)法獲取泛型類型參數(shù)的具體信息，如 T.class無(wú)法使用，List<String>和 List<Integer>在運(yùn)行時(shí)都被視為 List。

3. 為什么不能僅靠泛型參數(shù)不同來(lái)重載方法？

因?yàn)榉盒筒脸?，不同泛型參?shù)的方法可能具有相同的簽名，導(dǎo)致方法沖突，編譯器不允許這種情況出現(xiàn)。

4. 如何在運(yùn)行時(shí)獲取泛型類型信息？

可通過(guò)在構(gòu)造函數(shù)中傳遞 Class<T>參數(shù)的方式保存泛型類型信息，在運(yùn)行時(shí)通過(guò)該參數(shù)獲取具體類型。

七、總結(jié)

Java 泛型擦除是為實(shí)現(xiàn)泛型特性而采取的一種折中方案，它在編譯階段進(jìn)行類型檢查，保證類型安全，同時(shí)在編譯后擦除泛型類型信息，生成普通的字節(jié)碼，以兼容舊版本的 JVM。泛型擦除雖然帶來(lái)了一些限制，如無(wú)法在運(yùn)行時(shí)獲取泛型類型、方法重載受限等，但它讓 Java 具備了泛型編程的能力，提高了代碼的可讀性和安全性。理解泛型擦除的原理和影響，有助于開(kāi)發(fā)者更好地使用 Java 泛型，避免在開(kāi)發(fā)過(guò)程中遇到不必要的問(wèn)題。

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