泛型在Java集合框架中的应用有哪些？

泛型在Java集合框架中应用非常广泛，是集合框架实现类型安全和代码复用的核心机制。以下是泛型在集合框架中的主要应用场景：

1. 集合类的定义与实例化

所有主要集合类（如List、Set、Map等）都定义为泛型类，使用时需指定元素类型，确保集合只能存储特定类型的元素。

示例：

java 复制代码

// 定义存储String类型的List
List<String> stringList = new ArrayList<>();
stringList.add("Java");  // 合法
stringList.add(123);     // 编译错误，类型不匹配

// 定义存储Integer类型的Set
Set<Integer> numberSet = new HashSet<>();
numberSet.add(100);      // 合法

// 定义键为String、值为Integer的Map
Map<String, Integer> scoreMap = new HashMap<>();
scoreMap.put("Math", 90); // 合法

2. 迭代器（Iterator）的泛型应用

迭代器通过泛型指定遍历元素的类型，避免了迭代时的强制类型转换。

示例：

java 复制代码

List<String> fruits = new ArrayList<>(Arrays.asList("Apple", "Banana"));

// 泛型迭代器，直接获取String类型元素
Iterator<String> iterator = fruits.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
    String fruit = iterator.next(); // 无需类型转换
    System.out.println(fruit);
}

3. 集合工具类（Collections）的泛型方法

java.util.Collections类中的工具方法大多是泛型方法，可适用于各种类型的集合。

示例：

java 复制代码

List<Integer> numbers = new ArrayList<>(Arrays.asList(3, 1, 2));

// 泛型方法：排序（适用于任何可比较的类型）
Collections.sort(numbers);

// 泛型方法：查找元素（返回指定类型的索引）
int index = Collections.binarySearch(numbers, 2);

// 泛型方法：填充集合（使用指定类型的元素）
Collections.fill(numbers, 0);

4. 限定通配符的应用

集合框架中大量使用泛型通配符（? extends T、? super T）实现灵活的类型兼容。

示例：

java 复制代码

// 上界限定：只能读取Number及其子类型（Integer、Double等）
public static double sum(List<? extends Number> numbers) {
    double total = 0;
    for (Number n : numbers) {
        total += n.doubleValue();
    }
    return total;
}

// 下界限定：只能添加Integer及其子类型
public static void addIntegers(List<? super Integer> list) {
    list.add(1);
    list.add(2);
}

// 调用示例
List<Integer> ints = new ArrayList<>();
List<Double> doubles = new ArrayList<>();
sum(ints);    // 合法
sum(doubles); // 合法

5. 自定义集合相关接口/类

当扩展集合框架或实现自定义集合时，泛型是必不可少的。

示例：实现一个泛型栈接口

java 复制代码

// 自定义泛型栈接口
interface Stack<T> {
    void push(T item);
    T pop();
    boolean isEmpty();
}

// 基于ArrayList实现泛型栈
class ArrayStack<T> implements Stack<T> {
    private List<T> elements = new ArrayList<>();
    
    @Override
    public void push(T item) {
        elements.add(item);
    }
    
    @Override
    public T pop() {
        if (isEmpty()) {
            throw new EmptyStackException();
        }
        return elements.remove(elements.size() - 1);
    }
    
    @Override
    public boolean isEmpty() {
        return elements.isEmpty();
    }
}

泛型在集合框架中的核心价值

类型安全 ：编译期检查元素类型，避免ClassCastException。
代码简洁：无需手动类型转换，编译器自动推断类型。
通用性：同一套集合框架可适用于所有数据类型，大幅提升复用性。

Java集合框架（如ArrayList、HashMap等）之所以能成为Java开发的基础组件，泛型的贡献至关重要。它既保证了类型安全，又不失灵活性，是现代Java编程不可或缺的特性。