设计类型安全的异构容器并处理泛型擦除问题 -

题目

设计类型安全的异构容器并处理泛型擦除问题

信息

类型：问答
难度：⭐⭐⭐

考点

泛型设计模式,类型令牌,类型安全,泛型擦除,反射API

快速回答

实现类型安全的异构容器需要：

使用Class<T>作为类型令牌键
通过Map<Class<?>, Object>存储不同类型对象
在put和get方法中利用泛型进行类型约束
处理泛型擦除时需使用ParameterizedType
通过@SuppressWarnings("unchecked")管理类型转换警告

## 解析

问题背景与原理说明

Java泛型在编译后会被擦除类型信息（Type Erasure），这使得创建类型安全的异构容器（可存储多种不同类型对象的容器）成为挑战。核心解决方案是使用类型令牌（Type Literal）：将Class<T>对象作为键，在运行时保留类型信息。

基础实现代码示例

import java.util.*;

public class TypeSafeContainer {
    private Map<Class<?>, Object> container = new HashMap<>();

    public <T> void put(Class<T> type, T instance) {
        container.put(Objects.requireNonNull(type), instance);
    }

    public <T> T get(Class<T> type) {
        return type.cast(container.get(type));
    }
}

// 使用示例
TypeSafeContainer container = new TypeSafeContainer();
container.put(String.class, "Hello");
container.put(Integer.class, 42);

String s = container.get(String.class); // 安全获取
Integer i = container.get(Integer.class);

处理泛型类型擦除

上述实现无法处理List<String>这类参数化类型，因为List<String>.class非法。解决方案：

public class TypeSafeContainer {
    private Map<TypeKey<?>, Object> container = new HashMap<>();

    public <T> void put(TypeKey<T> key, T instance) {
        container.put(key, instance);
    }

    public <T> T get(TypeKey<T> key) {
        return key.getType().cast(container.get(key));
    }
}

// 自定义类型键
public class TypeKey<T> {
    private final Type type;

    protected TypeKey() {
        Type superclass = getClass().getGenericSuperclass();
        this.type = ((ParameterizedType) superclass).getActualTypeArguments()[0];
    }

    public Type getType() { return type; }

    @Override
    public boolean equals(Object o) { /* 基于type实现 */ }

    @Override
    public int hashCode() { /* 基于type实现 */ }
}

// 使用匿名内部类捕获泛型类型
TypeKey<List<String>> stringListKey = new TypeKey<>() {};
container.put(stringListKey, Arrays.asList("a", "b"));
List<String> list = container.get(stringListKey);

最佳实践

类型安全：通过Class.cast()或Type.cast()保证运行时类型安全
不可变性：确保TypeKey不可变并正确实现equals/hashCode
防御性编程：检查ParameterizedType有效性，避免ClassCastException
线程安全：实际场景中需用ConcurrentHashMap替换HashMap

常见错误

原始类型问题：使用List.class会丢失泛型参数信息
类型令牌冲突：Integer.class和int.class被视为不同类型
子类型问题：put(Integer.class, 10)后get(Number.class)返回null
内存泄漏：长期存活的容器需使用WeakHashMap防止ClassLoader泄漏

扩展知识

Gson的TypeToken：类似TypeKey的实现原理
Spring的ResolvableType：处理嵌套泛型的工具类
Super Type Tokens：通过反射获取父类泛型参数的技术
Java 10+改进：var关键字简化匿名类创建：var key = new TypeKey<Map<String, Integer>>() {}