Java泛型面试必问15题，深入详解泛型附解答

Posted 2021-07-26 Java-桃子

泛型

什么是泛型？泛型的作用？

• Java 泛型（Generics）是 JDK 5 中引入的一个新特性。
• 使用泛型参数，可以增强代码的可读性以及稳定性。编译器可以对泛型参数进行检测，并且通过泛型参数可以指定传入的对象类型。比如 ArrayList<Persion> persons = new ArrayList<String>() 这行代码就指明了该ArrayList 对象只能传入 Persion 对象，如果传入其他类型的对象就会报错。
• 可以用于构建泛型集合。原生 List 返回类型是 Object ，需要手动转换类型才能使用，使用泛型后编译器自动转换。

泛型的使用方式有哪几种？

泛型一般有三种使用方式：泛型类、泛型接口、泛型方法。

1.泛型类：

//此处T可以随便写为任意标识，常见的如T、E、K、V等形式的参数常用于表示泛型
//在实例化泛型类时，必须指定T的具体类型
public class Generic<T>{

    private T key;

    public Generic(T key) {
        this.key = key;
    }

    public T getKey(){
        return key;
    }
}

如何实例化泛型类：

Generic<Integer> genericInteger = new Generic<Integer>(123456);

2.泛型接口 ：

public interface Generator<T> {
    public T method();
}

实现泛型接口，不指定类型：

class GeneratorImpl<T> implements Generator<T>{
    @Override
    public T method() {
        return null;
    }
}

实现泛型接口，指定类型：

class GeneratorImpl<T> implements Generator<String>{
    @Override
    public String method() {
        return "hello";
    }
}

3.泛型方法 ：

   public static < E > void printArray( E[] inputArray )
   {
         for ( E element : inputArray ){
            System.out.printf( "%s ", element );
         }
         System.out.println();
    }

使用：

// 创建不同类型数组： Integer, Double 和 Character
Integer[] intArray = { 1, 2, 3 };
String[] stringArray = { "Hello", "World" };
printArray( intArray  );
printArray( stringArray  );

项目中哪里用到了泛型？

• 可用于定义通用返回结果 CommonResult<T> 通过参数 T 可根据具体的返回类型动态指定结果的数据类型
• 定义 Excel 处理类 ExcelUtil<T> 用于动态指定 Excel 导出的数据类型
• 用于构建集合工具类。参考 Collections 中的 sort, binarySearch 方法

什么是泛型擦除机制？为什么要擦除?

• Java 的泛型是伪泛型，这是因为 Java 在编译期间，所有的泛型信息都会被擦掉，这也就是通常所说类型擦除 。
• 编译器会在编译期间动态将泛型 T 擦除为 Object 或将 T extends xxx 擦除为其限定类型 xxx
• 泛型本质上是编译器的行为，为了保证引入泛型机制但不创建新的类型，减少虚拟机的运行开销，所以通过擦除将泛型类转化为一般类。

这里说的可能有点抽象，我举个例子：

List<Integer> list = new ArrayList<>();

list.add(12);
//1.编译期间直接添加会报错
list.add("a");
Class<? extends List> clazz = list.getClass();
Method add = clazz.getDeclaredMethod("add", Object.class);
//2.运行期间通过反射添加，是可以的
add.invoke(list, "kl");

System.out.println(list)

既然编译器要把泛型擦除，那为什么还要用泛型呢？用Object代替不行吗？ 该题变相考察泛型的作用。

• 可在编译期间进行类型检测。
• 使用 Object 类型需要手动添加强制类型转换，降低代码可读性，提高出错概率
• 泛型可以使用自限定类型。如 T extends Comparable 还能调用 compareTo(T o) 方法 ，Object
  则没有此功能

什么是桥方法？

桥方法(Bridge Method) 用于继承泛型类时保证多态。注意桥方法为编译器自动生成，非手写。

class Node<T> {

    public T data;

    public Node(T data) { this.data = data; }

    public void setData(T data) {
        System.out.println("Node.setData");
        this.data = data;
    }
}

class MyNode extends Node<Integer> {
    public MyNode(Integer data) { super(data); }

    //Node<T> 泛型擦除后为 setData(Object data)，而子类 MyNode 中并没有重写该方法，所以编译器会加入该桥方法保证多态
    public void setData(Object data) {
        setData((Integer) data);
    }

    public void setData(Integer data) {
        System.out.println("MyNode.setData");
        super.setData(data);
    }
}

泛型有哪些限制？为什么？

泛型的限制一般是由泛型擦除机制导致的。擦除为 Object 后无法进行类型判断

• 只能声明不能实例化 T 类型变量
• 泛型参数不能是基本类型。因为基本类型不是 Object 子类，应该用基本类型对应的引用类型代替
• 不能实例化泛型参数的数组。擦除后为 Object 后无法进行类型判断
• 不能实例化泛型数组
• 泛型无法使用 Instance of 和 getClass() 进行类型判断
• 不能抛出和捕获 T 类型的异常。可以声明
• 不能实现两个不同泛型参数的同一接口，擦除后多个父类的桥方法将冲突
• 不能使用static修饰泛型变量

以下代码是否能编译，为什么？

public final class Algorithm {
    public static <T> T max(T x, T y) {
        return x > y ? x : y;
    }
}

无法编译，因为 x 和 y 都会被擦除为 Object 类型， Object 无法使用 > 进行比较

public class Singleton<T> {

    public static T getInstance() {
        if (instance == null)
            instance = new Singleton<T>();

        return instance;
    }

    private static T instance = null;
}

无法编译，不能使用 static 修饰泛型 T

通配符

通配符的作用？

**通配符是用来解决泛型无法协变的问题，**一般用于声明方法形参，类之间继承关系并不适用于泛型，以下是泛型类之间的继承体系图

通配符 ？ 和常用的泛型 T 之间有什么区别？

• T 可以用于声明变量或常量而 ? 不行
• T 一般用于声明泛型类或方法，通配符 ? 一般用于泛型方法的调用代码和形参
• T 在编译期会被擦除为限定类型或 Object，通配符用于捕获具体类型

无界通配符 ？ 的作用？

• 接受任何泛型类型数据
• 实现不依赖于具体类型参数的简单方法,如非空判断，size()，clear() 等方法
• 用于捕获参数类型并交由泛型方法进行处理

上界通配符 ? extends xxx 和下界通配符 ? super xxx 有什么区别？使用场景？

• 使用 ? extends xxx 声明的泛型参数只能调用 get() 方法返回 xxx 类型，调用 set() 报错。使用 ?
  extends xxx 声明的泛型参数只能调用 set() 方法接收 xxx 类型，调用 get() 报错。
• 它们所接收参数的范围不同，详细见上图
• 根据 PECS 原则，即 producer-extends consumer-super 如果参数化类型表示一个生产者，就用?
  extends xxx 声明，如果表示一个消费者，就用 ? super xxx 声明

T extends xxx 和 ? extends xxx 又有什么区别？

T extends xxx 用于定义泛型类和方法，擦除后为 xxx 类型， ? extends xxx 用于声明方法形参，接收 xxx 和其子类型

Class 和 Class 的区别？

直接使用 Class 的话会有一个类型警告，使用 Class<?> 则没有，因为 Class 是一个泛型类，接收原生类型会产生警告

以下代码是否能编译，为什么？

java
class Shape { /* ... */ }
class Circle extends Shape { /* ... */ }
class Rectangle extends Shape { /* ... */ }

class Node<T> { /* ... */ }

Node<Circle> nc = new Node<>();
Node<Shape>  ns = nc;

不能，因为Node<Circle> 不是 Node<Shape> 的子类

class Shape { /* ... */ }
class Circle extends Shape { /* ... */ }
class Rectangle extends Shape { /* ... */ }

class Node<T> { /* ... */ }
class ChildNode<T> extends Node<T>{

}
ChildNode<Circle> nc = new ChildNode<>();
Node<Circle>  ns = nc;

可以编译，ChildNode<Circle> 是 Node<Circle> 的子类

public static void print(List<? extends Number> list) {
    for (Number n : list)
        System.out.print(n + " ");
    System.out.println();
}

可以编译，List 可以往外取元素，但是无法调用 add() 添加元素

结语

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