Java 泛型深入底層原理解析：類型擦除與橋方法的真相

一、Java中的偽泛型

Java 從 JDK 1.5 引入泛型之后，大大提升了代碼的類型安全性與可讀性。但泛型的底層實現并不像 C++ 的模板機制那樣是“真正的泛型”，Java 的泛型是偽泛型，在編譯后會進行類型擦除，這帶來了很多容易忽略的陷阱。

這篇文章將主要介紹Java 泛型是如何通過擦除實現，泛型在編譯期與運行期發生了什么，為什么會出現橋方法，以及通過反射獲取泛型信息

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二、泛型基本語法

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

我們可以通過如下方式使用它：

Box<String> stringBox = new Box<>();
stringBox.set("Hello");
// 編譯器知道 stringBox 中只能放 String

看似“類型安全”，但實際運行時情況并不是這樣。因為運行時，由于類型擦除機制，泛型的類型信息被移除，導致實際運行中并不能真正限制類型，看下面這段代碼，因為編譯時期進行了類型擦除，因此反射時jvm并不知道list中只允許添加String

List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("hello");// 通過反射繞過泛型限制
Method addMethod = list.getClass().getMethod("add", Object.class);
addMethod.invoke(list, 123);  // 添加了一個 IntegerSystem.out.println(list);    // 輸出: [hello, 123]

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三、類型擦除：T 到底去哪了？

Java 的泛型是編譯期語法糖，在編譯過程中，T 會被替換成其限定類型（上限）。如果沒有顯式指定，則默認是 Object。看下面的例子

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

編譯后實際變成了：

public class Box {Object value;void set(Object value) { this.value = value; }Object get() { return value; }
}

這就意味著泛型信息在運行時根本就不存在，這就是類型擦除。

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四、類型擦除帶來的限制與問題

1. 泛型不能用于基本類型

Box<int> box; 

因為泛型最終會被擦除為 Object，而基本類型不能直接賦值給 Object，需要裝箱（autoboxing）。

2. 泛型不能創建數組

T[] arr = new T[10]; // 編譯錯誤

擦除后不知道 T 是什么類型，無法分配合適的數組類型。

3. 泛型類無法通過 instanceof 判斷類型參數

if (box instanceof Box<String>) {} // 編譯錯誤

因為泛型信息在運行期被擦除了，JVM 無法判斷類型。

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五、橋方法：擦除下的多態陷阱

當子類重寫帶泛型的方法時，由于擦除后簽名可能不同(子類重寫父類方法后一般要求參數類型和數量不變，因為底層要生成一個方法簽名，這部分內容涉及到多態，動態鏈接的知識)，為了保證運行時的多態性，編譯器會自動生成橋方法。例如下面這段代碼

class Parent<T> {T get() { return null; }
}class Child extends Parent<String> {@OverrideString get() { return "hello"; }
}

在實際編譯后為

class Child extends Parent {// 橋方法Object get() {return get(); // 調用下面的真實方法}// 實際的 get 方法String get() {return "hello";}
}

橋方法保證了子類方法可以在擦除后繼續覆蓋父類的方法，維護多態特性。

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六、反射獲取泛型信息

雖然泛型信息在運行時被擦除，但某些泛型信息仍保留在 class 文件的元數據中，可以通過反射讀取。這部分簡單介紹一下，如下代碼

class GenericHolder<T> {}class StringHolder extends GenericHolder<String> {}public static void main(String[] args) {Type superClass = StringHolder.class.getGenericSuperclass();System.out.println(superClass);
}

總結

Java泛型通過類型擦除機制在編譯時期提供類型安全，但運行時類型信息會被擦除，因此在反射、數組等場景時需要格外注意