泛型通配符 T、E、K、V、?

在Java后端開發中，你一定在寫集合類或工具類時，見過 T、E、K、V、? 這樣的泛型通配符。但你是否有過以下疑惑：

  • T、E、K、V 到底有什么區別？為什么大家都用這些字母？
  • List<?> 和 List 有什么不同？什么時候該用通配符，什么時候該用類型參數？
  • 如果不用泛型，代碼也能跑，為什么一定要用泛型？

1. 為什么要用泛型

類型不安全與強制轉換

假設我們要寫一個簡單的盒子類，用來存放物品：

// 沒有泛型的盒子類
public class Box {private Object item;  // 只能用Object存儲任何類型public void setItem(Object item) {this.item = item;}public Object getItem() {return item;}
}

使用方式：?

public static void main(String[] args) {Box box = new Box();box.setItem("Hello");  // 存入StringString s = (String) box.getItem();  // 必須強制轉換回Stringbox.setItem(123);      // 也可以存入IntegerString i = (String) box.getItem();  // 但這里會拋出ClassCastException！
}

問題：??

  • ??類型不安全??：可以存入任何類型（String、Integer等），但取出時容易忘記轉換或轉換錯誤
  • ??繁瑣的強制轉換??：每次取出都要手動cast
  • ??運行時錯誤??：如果類型轉換錯了，只能在運行時才發現（拋出ClassCastException）

使用泛型后**

// 泛型盒子類
public class Box<T> {private T item;  // T是類型參數public void setItem(T item) {this.item = item;}public T getItem() {return item;  // 不需要強制轉換}
}public static void main(String[] args) {Box<String> stringBox = new Box<>();stringBox.setItem("Hello");String s = stringBox.getItem();  // 自動就是String類型，無需轉換Box<Integer> intBox = new Box<>();intBox.setItem(123);Integer i = intBox.getItem();  // 自動就是Integer類型stringBox.setItem(123);  // 編譯錯誤！不能放入Integer}

2. T、E、K、V、? 的含義

首先，我們要明確一個概念，T，E，K，V是類型參數（Type Parameter），而?是通配符（Wildcard）。他們雖然都用在泛型中，但扮演的角色完全不同。Java 官方并沒有強制規定這些字母的含義，只是社區形成了約定俗成的寫法。常見規則如下：

符號常見含義使用場景
TType（類型）通用類型，最常見
EElement（元素）集合中的元素
KKey（鍵）映射的鍵（Map）
VValue（值）映射的值（Map）
?通配符表示未知類型，常用于 API 的參數或返回值

2.1 使用 T （Type，任意類型）

示例：API響應包裝器

// 使用 T 定義一個通用的API響應類
public class ApiResponse<T> {private int code;private String message;private T data; // T 代表響應的業務數據類型// 構造方法public ApiResponse(int code, String message, T data) {this.code = code;this.message = message;this.data = data;}// 成功響應的靜態工廠方法public static <T> ApiResponse<T> success(T data) {return new ApiResponse<>(200, "成功", data);}public static ApiResponse<?> error(int code, String message) {return new ApiResponse<>(code, message, null);}// Getter 和 Setterpublic T getData() {return data;}public void setData(T data) {this.data = data;}// ... 其他getter/setter
}// 業務實體
public class User {private Long id;private String name;private String email;// ... 構造方法、getter、setter
}public class Product {private Long id;private String name;private BigDecimal price;// ... 構造方法、getter、setter
}// 在Service層使用
public class UserService {public ApiResponse<User> getUserById(Long id) {User user = userRepository.findById(id);if (user != null) {return ApiResponse.success(user); // T 被推斷為 User} else {return ApiResponse.error(404, "用戶不存在");}}
}public class ProductService {public ApiResponse<List<Product>> getFeaturedProducts() {List<Product> products = productRepository.findFeatured();return ApiResponse.success(products); // T 被推斷為 List<Product>}
}// Controller層調用
@GetMapping("/users/{id}")
public ApiResponse<User> getUser(@PathVariable Long id) {return userService.getUserById(id);// 返回: {"code":200,"message":"成功","data":{"id":1,"name":"張三","email":"zhang@example.com"}}
}@GetMapping("/products/featured")
public ApiResponse<List<Product>> getFeaturedProducts() {return productService.getFeaturedProducts();// 返回: {"code":200,"message":"成功","data":[{"id":101,"name":"手機","price":2999.00}]}
}

2.2 E（Element，集合中的元素）

示例：樹形結構節點

// 通用樹節點（可用于組織架構、分類目錄等）
public class TreeNode<E> {private E data;private List<TreeNode<E>> children;public void addChild(TreeNode<E> child) {if (children == null) children = new ArrayList<>();children.add(child);}
}// 使用示例
TreeNode<String> root = new TreeNode<>();
root.setData("總公司");TreeNode<String> branch1 = new TreeNode<>();
branch1.setData("北京分公司");
root.addChild(branch1);TreeNode<String> branch2 = new TreeNode<>();
branch2.setData("上海分公司");
root.addChild(branch2);

2.3 類型參數 K（Key）和 V（Value）——鍵值對

示例：本地緩存類

// 本地緩存實現
public class LocalCache<K, V> {private Map<K, V> cache = new ConcurrentHashMap<>();private long expireTime;public void put(K key, V value) {cache.put(key, value);}public V get(K key) {return cache.get(key);}
}// 使用示例
LocalCache<Long, User> userCache = new LocalCache<>();
userCache.put(1001L, new User(1001L, "Alice"));LocalCache<String, List<Product>> categoryCache = new LocalCache<>();
categoryCache.put("electronics", Arrays.asList(new Product(...), ...));

2.4 通配符 ? ——處理未知類型

Java 泛型通配符主要有三種形態

1）無界通配符 ?

無界通配符表示可以匹配任何類型，適用于不確定或無關具體類型的情況。
示例：打印任意集合元素

import java.util.*;public class Demo1 {public static void printList(List<?> list) {for (Object element : list) {System.out.println(element);}}public static void main(String[] args) {List<String> names = Arrays.asList("Tom", "Jerry");List<Integer> scores = Arrays.asList(88, 99);printList(names);  // 輸出 Tom, JerryprintList(scores); // 輸出 88, 9}
}

特點：

  • 可以接收任何類型的 List。
  • 只能讀取元素，不能隨意 add。
2）上界通配符 ? extends T

表示“某種類型是 T 或 T 的子類”，適合生產者 / 只讀場景（PECS 原則中的 Producer）。
示例：打印數字列表

import java.util.*;public class Demo1 {public static void printNumbers(List<? extends Number> list) {for (Number n : list) {System.out.println(n);}}public static void main(String[] args) {List<Integer> ints = Arrays.asList(1, 2, 3);List<Double> doubles = Arrays.asList(1.1, 2.2, 3.3);printNumbers(ints);    // Integer extends NumberprintNumbers(doubles); // Double extends Number}
}

特點：

  • 可以讀取元素為 Number 類型。
  • 不能寫入 list.add(…)，因為不知道具體是 Integer 還是 Double。
3）下界通配符 ? super T

表示“某種類型是 T 或 T 的父類”，適合消費者 / 寫入場景（PECS 原則中的 Consumer）。
示例：向集合中添加數字

import java.util.*;public class Demo3 {public static void addNumbers(List<? super Integer> list) {list.add(10);list.add(20);}public static void main(String[] args) {List<Number> numbers = new ArrayList<>();List<Object> objects = new ArrayList<>();addNumbers(numbers); // Number 是 Integer 的父類addNumbers(objects); // Object 是 Integer 的父類System.out.println(numbers); // 輸出 [10, 20]System.out.println(objects); // 輸出 [10, 20]}
}

特點：

  • 可以安全向集合寫入 Integer 類型。
  • 讀取出來的元素只能當作 Object，因為類型不確定
總結
通配符含義適用場景示例特點
?無界泛用工具、只讀 API可以讀取，不能寫入，適合日志/導出/打印等
? extends T上界生產者 / 只讀可以讀取 T 或其子類，不能寫入
? super T下界消費者 / 寫入可以寫入 T 類型，讀取只能當 Object

3. 通配符中的PECS原則

PECS 是 Java大師Joshua Bloch 在《Effective Java》里提出的一個泛型使用經驗法則，用來指導我們在選擇通配符時，應該用 extends 還是 super。

  • Producer Extends：如果參數是生產者（提供數據給你），就用 ? extends T。
  • Consumer Super：如果參數是消費者（你要把數據放進去），就用 ? super T。

簡單一句話：

  • 讀（生產者）用 extends，寫（消費者）用 super。

示例 1：Producer（讀數據）
假設我們有個方法，需要從集合里讀取元素：

public static void printNumbers(List<? extends Number> list) {for (Number n : list) {System.out.println(n);}
}
  • list 是一個 生產者（提供數字給我們打印），所以用 ? extends Number，允許 List、List 傳進來。

示例 2：Consumer（寫數據）
假設我們有個方法，需要往集合里寫入數據：

public static void addIntegers(List<? super Integer> list) {list.add(1);list.add(2);
}

list 是一個 消費者（我們往里面放 Integer）所以用 ? super Integer，允許 List、List、List 傳進來。

4. 注意事項

  • 能用泛型參數就別用 Object，除非你明確就是要“任意類型”，否則優先用泛型。
  • 合理選擇通配符 ? ， 只讀數據 → ? extends T，只寫數據 → ? super T
  • 不要濫用泛型，有些場景寫成泛型反而增加理解成本，比如方法內部只操作 String，就直接用 String

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