泛型与类型擦除：编译期安全，运行期擦除

更新时间：2026-09-20。泛型让集合/容器在编译期就约束元素类型，把 ClassCastException 提前到编译期。Java 为兼容 5.0 之前的代码采用类型擦除实现，这解释了一连串「为什么不能这样写」。

一、泛型类与方法

class Box<T> {                       // T 是类型参数
    private T value;
    void set(T v) { this.value = v; }
    T get() { return value; }
}
Box<String> b = new Box<>();        // 钻石运算符 <> 推断
b.set("hi");
String s = b.get();                 // 无需强转，编译期保证是 String

static <E> E first(E[] arr) { return arr[0]; }  // 泛型方法，<E> 声明在返回值前

编译后 Box<T> 里的 T 被擦除成其上界（默认 Object），运行时只剩 Box。因此：

• 不能 new T()、不能 new T[]（运行时没有 T 的具体类型）。
• 不能用基本类型作类型参数：Box<int> 非法，要用 Box<Integer>（装箱，见基本类型与包装类）。
• getClass() 对 Box<String> 和 Box<Integer> 返回同一个 Box.class。
• 静态字段/方法不能使用类的类型参数（类型属于实例泛型，静态不沾光）。

二、不变、协变与通配符

泛型默认不变（invariant）：List<String> 不是 List<Object> 的子类，哪怕 String extends Object。需要「某个范围的类型」用通配符：

写法	含义	能读成	能写入
List<? extends Number>	上界：Number 或其子类（生产者）	Number	不能 add（除 null）
List<? super Integer>	下界：Integer 或其父类（消费者）	Object	可 add Integer 及其子类
List<?>	任意类型	Object	不能 add

// 生产者：从集合里「取」Number 出来用 —— extends
double sum(List<? extends Number> nums) {
    double r = 0;
    for (Number n : nums) r += n.doubleValue();
    return r;
}
sum(List.of(1, 2, 3));          // List<Integer> 也能传

// 消费者：往集合里「塞」Integer —— super
void addInts(List<? super Integer> sink) {
    sink.add(1); sink.add(2);
}
addInts(new ArrayList<Number>());

三、PECS 原则

Producer Extends, Consumer Super。经典例子 Collections.copy(src, dest)：源是生产者用 <? extends T>，目标是消费者用 <? super T>。

四、桥接方法与运行时

为在擦除后保留多态，编译器对「泛型类/接口 + 重写」合成桥接方法（bridge method），例如实现 Comparable<T> 后字节码里既有你写的 compareTo(MyClass)，也有合成的 compareTo(Object) 转发。理解它能解释反射里为何多出一个方法。

坑

• List<? extends T> 想 add：编译器拒绝，因为不知道元素确切子类型；要写入应改用 super 或不加通配符。
• 泛型当协变用：List<String> 传不进 List<Object> 形参，这是有意防止「把 Integer 塞进 String 列表」。
• 堆污染 heap pollution：通过原生类型（raw type）绕过检查会埋下 ClassCastException，避免混用原始 List 与参数化 List<String>。
• instanceof T 非法：运行时 T 已擦除；要判断类型需传 Class<T> token。
• varargs 泛型告警：泛型可变参数可能污染，工具方法可加 @SafeVarargs。

总结

泛型在编译期保证类型安全、在运行时通过类型擦除把类型参数替换为上界（默认 Object），所以不能 new T、不能用基本类型、getClass 相同；泛型默认不变，需要复用就靠通配符，并牢记 PECS——只往外读的生产者用 ? extends T、只往里写的消费者用 ? super T、又读又写就用裸 T；编译器还会为泛型重写合成桥接方法以维持多态。