面试题：Java中集合框架使用泛型时的类型擦除问题

Question

在Java集合框架中使用泛型时，会发生类型擦除。请解释什么是类型擦除，它对集合框架中泛型的使用有哪些影响？并举例说明如何在类型擦除的情况下确保集合操作的类型安全。

Answer 1

什么是类型擦除

在Java中，泛型主要是在编译期起作用。类型擦除指的是，当代码编译成字节码后，泛型的类型信息会被擦除，只保留原始类型。例如，List<String>在编译后，实际的类型是List，String类型信息被擦除。编译器会在编译时使用类型参数来进行类型检查和类型推断，但生成的字节码中并不包含泛型类型参数的信息。

对集合框架中泛型使用的影响

1. 无法在运行时获取真实类型：由于类型擦除，在运行时无法获取泛型的实际类型。例如：

List<String> list = new ArrayList<>();
// 以下代码编译错误，因为运行时无法获取list的泛型实际类型
if (list instanceof List<String>) { 
}

2. 可能导致潜在的类型安全问题：如果通过反射等手段绕过编译时的类型检查，可能会向集合中添加错误类型的元素。例如：

List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("hello");
try {
    Method addMethod = list.getClass().getMethod("add", Object.class);
    addMethod.invoke(list, 123); // 绕过泛型检查，运行时不会报错，但后续使用list可能会引发ClassCastException
} catch (Exception e) {
    e.printStackTrace();
}
String str = list.get(1); // 运行时抛出ClassCastException

确保集合操作类型安全的方法

1. 使用通配符：使用?通配符来限制集合元素类型，例如List<? extends Number>表示该集合元素是Number及其子类类型。这样在读取集合元素时可以确保类型安全。

List<Number> numbers = new ArrayList<>();
numbers.add(1);
numbers.add(2.5);
List<? extends Number> readOnlyList = numbers;
Number num = readOnlyList.get(0); // 安全
// readOnlyList.add(3); // 编译错误，通配符类型的集合不能添加元素，除了null

2. 自定义泛型方法：通过自定义泛型方法来确保类型安全。

public class GenericUtils {
    public static <T> void addElement(List<T> list, T element) {
        list.add(element);
    }
}

List<String> stringList = new ArrayList<>();
GenericUtils.addElement(stringList, "world");

3. 使用类型检查和转换：在从集合中获取元素时，进行类型检查和显式转换。虽然这种方式比较繁琐且失去了泛型的部分优势，但在某些情况下是必要的。

List list = new ArrayList();
list.add("hello");
Object obj = list.get(0);
if (obj instanceof String) {
    String str = (String) obj;
    System.out.println(str.length());
}