Java 泛型完全指南：泛型類、方法、接口、類型擦除、通配符與邊界

泛型是 Java 類型系統的參數化能力，將「類型」作為參數傳遞，實現編譯期類型安全與代碼復用的雙贏。本文從泛型類/方法/接口定義、類型擦除原理、通配符與邊界、實戰最佳實踐五個維度，構建完整泛型知識體系。

一、為什麼需要泛型？

// 無泛型：Object + 強轉 + 運行期風險
class Box { Object item; void set(Object o) { item = o; } Object get() { return item; } }
Box b = new Box(); b.set("hello"); String s = (String) b.get(); // 運行期才發現類型錯誤

// 有泛型：類型參數化，編譯期保證安全
class Box { T item; void set(T o) { item = o; } T get() { return item; } }
Box box = new Box<>(); box.set("hello"); String s = box.get(); // 無需強轉，編譯期報錯若傳入 Integer

二、泛型三大定義形式

1. 泛型類

class Pair { // 多類型參數
    private K key; private V value;
    public Pair(K k, V v) { key = k; value = v; }
    public K getKey() { return key; }
    public V getValue() { return value; }
}
// 實例化時具體化類型參數
Pair p = new Pair<>(1, "one");
int k = p.getKey(); // 直接獲取 Integer，無強轉

2. 泛型方法

// 類型參數聲明在修飾符後、返回類型前
public static  void printArray(T[] arr) {
    for (T e : arr) System.out.print(e + " ");
    System.out.println();
}
// 調用時編譯器自動推導類型參數（鑽石推導）
printArray(new Integer[]{1,2,3});
printArray(new String[]{"a","b"});

關鍵區別：泛型方法的類型參數獨立於類，即使在非泛型類中也可定義。

3. 泛型接口

interface Processor { void process(T t); }
class StringProcessor implements Processor { // 實現時固定類型
    public void process(String s) { System.out.println("處理: " + s); }
}
class GenericProcessor implements Processor { // 繼續保持泛型
    public void process(T t) { System.out.println("通用: " + t); }
}

三、類型擦除：泛型的運行期真相

Java 泛型採用擦除實現：編譯器檢查類型後，字節碼中不保留具體類型參數，全部替換為原始類型或Object。

// 源碼
List list = new ArrayList<>();
list.add("hello");
// 字節碼等價於
List list = new ArrayList();
list.add("hello"); // 編譯器插入隱式檢查

擦除後果

• 運行期無法 new T()、T[] arr = new T[10]、obj instanceof T、T.class。
• 泛型數組創建非法：new List[10] → 編譯錯誤（類型安全漏洞）。
• 重載失效：void m(List) 和 void m(List) 擦除後同簽名。

補償手段：類型 Token

class TypeRef {} // 匿名子類保留類型信息
TypeRef> ref = new TypeRef>() {};
// 通過反射獲取實際類型參數
ParameterizedType pt = (ParameterizedType) ref.getClass().getGenericSuperclass();
Type[] args = pt.getActualTypeArguments(); // [String]

四、通配符與邊界：靈活控制類型範圍

1. 上界通配符 —— 生產者

// 只能讀取 T 或其子類，不能寫入（除 null）
void printAll(List nums) {
    for (Number n : nums) System.out.println(n.doubleValue());
    // nums.add(1); // 編譯錯誤：編譯器不知具體類型，無法保證類型安全
}
printAll(Arrays.asList(1, 2.5, 3L)); // List, List 均可傳入

// 只能寫入 T 或其父類，讀取只能作為 Object
void addIntegers(List list) {
    list.add(10);      // OK
    list.add(20);      // OK
    Object o = list.get(0); // 只能作為 Object 讀取
}
List nums = new ArrayList<>();
addIntegers(nums); // List、List