设计一个类型安全的异构容器

题目

设计一个类型安全的异构容器

信息

• 类型：问答
• 难度：⭐⭐

考点

泛型应用,类型安全,类型令牌

快速回答

通过泛型实现一个可存储多种类型对象的容器：

• 使用Class<T>作为键保证类型安全
• 通过put方法存储对象时绑定类型信息
• 通过get方法获取对象时进行动态类型检查
• 利用Class.cast()实现安全的类型转换

问题背景

常规容器（如Map<K, V>）只能存储单一类型元素。实际场景中可能需要存储多种类型对象（如配置中心需存储String、Integer等不同类型配置值），同时保证类型安全。

解决方案

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));
    }
}

核心原理

• 类型令牌（Type Token）：利用Class<T>对象携带泛型类型信息
• 类型安全：put方法通过泛型参数约束键值类型一致性
• 动态转换：get方法使用Class.cast()实现运行时类型检查

使用示例

TypeSafeContainer container = new TypeSafeContainer();
container.put(String.class, "Config Value");
container.put(Integer.class, 42);

String s = container.get(String.class);  // 正确
Integer i = container.get(Integer.class); // 正确
Double d = container.get(Double.class);   // 返回null
String error = container.get(Integer.class); // ClassCastException

最佳实践

• 优先使用Class.cast()而非强制转换，提供更好的类型安全
• 对null值做防御性处理（如示例中的Objects.requireNonNull）
• 考虑线程安全场景可使用ConcurrentHashMap

常见错误

• 原始类型问题：container.put(int.class, 1)会导致自动装箱，实际存储
• 子类类型问题：container.put(Number.class, 1)后get(Integer.class)返回null
• 通配符误用：错误使用Class<?>作为键会破坏类型安全

扩展知识

• Super Type Token：解决泛型类型擦除问题（如存储List<String>）

  TypeReference<List<String>> token = new TypeReference<>(){};
  // 通过token.getType()获取完整泛型类型

• 类型安全限制：无法用于重载方法（类型擦除后方法签名相同）
• Java 8+优化：使用computeIfAbsent实现延迟初始化