<? extends T>和<? super T>是Java泛型中的“通配符（Wildcards）”和“边界（Bounds）”的概念。

• <? extends T>：是指 “上界通配符（Upper Bounds Wildcards）”
• <? super T>：是指 “下界通配符（Lower Bounds Wildcards）”

为什么要用通配符和边界？--泛型不是协变的

开发人员在使用泛型的时候，很容易根据自己的直觉而犯一些错误。比如一个方法如果接收 List<Object> 作为形式参数，那么如果尝试将一个 List<String> 的对象作为实际参数传进去，却发现无法通过编译。

虽然从直觉上来说，Object 是 String 的父类，这种类型转换应该是合理的。但是实际上这会产生隐含的类型转换问题，因此编译器直接就禁止这样的行为。

比如我们有Fruit类，和它的派生类Apple

class Fruit {}
class Apple extends Fruit {}

然后有一个最简单的容器：Plate类，盘子里可以放一个泛型的”东西”

我们可以对这个东西做最简单的“放”和“取”的动作：set( )和get( )方法。

class Plate<T>{
    private T item;
    public Plate(T t){item=t;}
    public void set(T t){item=t;}
    public T get(){return item;}
}

现定义一个“水果盘”，逻辑上水果盘当然可以装苹果。

Plate<Fruit> p=new Plate<Apple>(new Apple());

但实际上Java编译器不允许这个操作。会报错，“装苹果的盘子”无法转换成“装水果的盘子”。

error: incompatible types: Plate<Apple> cannot be converted to Plate<Fruit>

实际上，编译器认定的逻辑是这样的：

苹果 IS-A 水果

装苹果的盘子 NOT-IS-A 装水果的盘子

所以，就算容器里装的东西之间有继承关系，但容器之间是没有继承关系。

所以我们不可以把Plate<Apple>的引用传递给Plate<Fruit>。

泛型不是协变的

在 Java 语言中，数组是协变的，也就是说，如果 Integer 扩展了 Number，那么不仅 Integer 是 Number，而且 Integer[] 也是 Number[]，在要求 Number[] 的地方完全可以传递或者赋予 Integer[]。（更正式地说，如果 Number是 Integer 的超类型，那么 Number[] 也是 Integer[]的超类型）。

您也许认为这一原理同样适用于泛型类型 —— List< Number> 是 List< Integer> 的超类型，那么可以在需要 List< Number> 的地方传递 List< Integer>。不幸的是，情况并非如此。为啥呢？这么做将破坏要提供的类型安全泛型。

类型擦除

正确理解泛型概念的首要前提是理解类型擦除（type erasure）。 Java 中的泛型基本上都是在编译器这个层次来实现的。在生成的 Java 字节代码中是不包含泛型中的类型信息的。使用泛型的时候加上的类型参数，会被编译器在编译的时候去掉。这个过程就称为类型擦除。如在代码中定义的 List<Object> 和 List<String> 等类型，在编译之后都会变成 List。JVM 看到的只是 List，而由泛型附加的类型信息对 JVM 来说是不可见的。Java 编译器会在编译时尽可能的发现可能出错的地方，但是仍然无法避免在运行时刻出现类型转换异常的情况。类型擦除也是 Java 的泛型实现方式与C++ 模板机制实现方式之间的重要区别。

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> strList = new ArrayList<>();
        List<Integer> intList = new ArrayList<>();
        System.out.println(strList.getClass().getName());
        System.out.println(intList.getClass().getName());
    }
}

上面这一段代码，运行后输出如下，可知在运行时获取的类型信息是不带具体类型的：

java.util.ArrayList
java.util.ArrayList

很多泛型的奇怪特性都与这个类型擦除的存在有关，包括：

泛型类并没有自己独有的 Class 类对象。比如并不存在 List<String>.class 或是 List<Integer>.class，而只有 List.class，因此在运行时无法获得泛型的真实类型信息。
静态变量是被泛型类的所有实例所共享的。对于声明为 MyClass<T> 的类，访问其中的静态变量的方法仍然是 MyClass.myStaticVar。不管是通过 new MyClass<String> 还是 new MyClass<Integer> 创建的对象，都是共享一个静态变量。

泛型的类型参数不能用在 Java 异常处理的 catch 语句中。因为异常处理是由 JVM 在运行时刻来进行的。由于类型信息被擦除，JVM 是无法区分两个异常类型 MyException<String> 和 MyException<Integer> 的。对于 JVM 来说，它们都是 MyException 类型的。也就无法执行与异常对应的 catch 语句。

类型擦除的基本过程也比较简单，首先是找到用来替换类型参数的具体类。这个具体类一般是 Object。如果指定了类型参数的上界的话，则使用这个上界。把代码中的类型参数都替换成具体的类。同时去掉出现的类型声明，即去掉 <> 的内容。比如 T get() 方法声明就变成了 Object get()；List<String> 就变成了 List。接下来就可能需要生成一些桥接方法（bridge method）。这是由于擦除了类型之后的类可能缺少某些必须的方法。比如考虑下面的代码：

class MyString implements Comparable<String> {
    public int compareTo(String str) {        
        return 0;    
    }
} 

当类型信息被擦除之后，上述类的声明变成了 class MyString implements Comparable。但是这样的话，类 MyString 就会有编译错误，因为没有实现接口 Comparable 声明的 int compareTo(Object) 方法。这个时候就由编译器来动态生成这个方法。

实例分析

了解了类型擦除机制之后，就会明白编译器承担了全部的类型检查工作。编译器禁止某些泛型的使用方式，正是为了确保类型的安全性。以上面提到的 List<Object> 和 List<String> 为例来具体分析：

public void inspect(List<Object> list) {    
    for (Object obj : list) {        
        System.out.println(obj);    
    }    
    list.add(1); // 这个操作在当前方法的上下文是合法的。 
}
public void test() {    
    List<String> strs = new ArrayList<String>();    
    inspect(strs); // 编译错误 
}  

这段代码中，inspect 方法接受 List<Object> 作为参数，当在 test 方法中试图传入 List<String> 的时候，会出现编译错误。

假设这样的做法是允许的，那么在 inspect 方法就可以通过 list.add(1) 来向集合中添加一个数字。这样在 test 方法看来，其声明为 List<String> 的集合中却被添加了一个 Integer 类型的对象。这显然是违反类型安全的原则的，在某个时候肯定会抛出ClassCastException。因此，编译器禁止这样的行为。

编译器会尽可能的检查可能存在的类型安全问题。对于确定是违反相关原则的地方，会给出编译错误。当编译器无法判断类型的使用是否正确的时候，会给出警告信息。

为了让泛型用起来更舒服，Sun的大师们就想出了<? extends T>和<? super T>的办法，来让”水果盘子“和”苹果盘子“之间发生正当关系。

通配符

在使用泛型类的时候，

既可以指定一个具体的类型，如 List<String> 就声明了具体的类型是 String；

也可以用通配符? 来表示未知类型，如 List<?> 就声明了 List 中包含的元素类型是未知的。

通配符所代表的其实是一组类型，但具体的类型是未知的。List<?> 所声明的就是所有类型都是可以的。但是 List<?> 并不等同于 List<Object>。

List<Object> 实际上确定了 List 中包含的是 Object 及其子类，在使用的时候都可以通过 Object 来进行引用。而 List<?> 则其中所包含的元素类型是不确定。其中可能包含的是 String，也可能是 Integer。如果它包含了 String 的话，往里面添加 Integer 类型的元素就是错误的。正因为类型未知，就不能通过 new ArrayList<?>() 的方法来创建一个新的 ArrayList 对象。因为编译器无法知道具体的类型是什么。但是对于 List<?> 中的元素确总是可以用 Object 来引用的，因为虽然类型未知，但肯定是 Object 及其子类。考虑下面的代码：

public void wildcard(List<?> list) {
    list.add(1);// 编译错误 
} 

如上所示，试图对一个带通配符的泛型类进行操作的时候，总是会出现编译错误。其原因在于通配符所表示的类型是未知的。

这就是三句话总结JAVA泛型通配符（PECS）中的第一句话：?”不能添加元素，只能作为消费者

因为对于 List<?> 中的元素只能用 Object 来引用，在有些情况下不是很方便。在这些情况下，可以使用上下界来限制未知类型的范围。 如 List<? extends Number> 说明 List 中可能包含的元素类型是 Number 及其子类。而 List<? super Number> 则说明 List 中包含的是 Number 及其父类。当引入了上界之后，在使用类型的时候就可以使用上界类中定义的方法。比如访问 List<? extends Number> 的时候，就可以使用 Number 类的 intValue 等方法。

类型系统

在 Java 中，大家比较熟悉的是通过继承机制而产生的类型体系结构。比如 String 继承自 Object。根据Liskov 替换原则，子类是可以替换父类的。当需要 Object 类的引用的时候，如果传入一个 String 对象是没有任何问题的。但是反过来的话，即用父类的引用替换子类引用的时候，就需要进行强制类型转换。编译器并不能保证运行时刻这种转换一定是合法的。这种自动的子类替换父类的类型转换机制，对于数组也是适用的(数组是协变的)。 String[] 可以替换 Object[]。但是泛型的引入，对于这个类型系统产生了一定的影响。正如前面提到的 List<String> 是不能替换掉 List<Object> 的。

引入泛型之后的类型系统增加了两个维度：一个是类型参数自身的继承体系结构，另外一个是泛型类或接口自身的继承体系结构。第一个指的是对于 List<String> 和 List<Object> 这样的情况，类型参数 String 是继承自 Object 的。而第二种指的是 List 接口继承自 Collection 接口。对于这个类型系统，有如下的一些规则：

相同类型参数的泛型类的关系取决于泛型类自身的继承体系结构。即 List<String> 是 Collection<String> 的子类型，List<String> 可以替换 Collection<String>。这种情况也适用于带有上下界的类型声明。

当泛型类的类型声明中使用了通配符的时候， 其子类型可以在两个维度上分别展开。如对 Collection<? extends Number> 来说，其子类型可以在 Collection 这个维度上展开，即 List<? extends Number> 和 Set<? extends Number> 等；也可以在 Number 这个层次上展开，即 Collection<Double> 和 Collection<Integer> 等。如此循环下去，ArrayList<Long> 和 HashSet<Double> 等也都算是 Collection<? extends Number> 的子类型。

如果泛型类中包含多个类型参数，则对于每个类型参数分别应用上面的规则。
理解了上面的规则之后，就可以很容易的修正实例分析中给出的代码了。只需要把 List<Object> 改成 List<?> 即可。List<String> 是 List<?> 的子类型，因此传递参数时不会发生错误。

上界

下面就是上界通配符（Upper Bounds Wildcards）

Plate<？ extends Fruit>
一个能放水果以及一切是水果派生类的盘子

再直白点就是：啥水果都能放的盘子，这和我们人类的逻辑就比较接近了

Plate<？ extends Fruit>和Plate<Apple>最大的区别就是：Plate<？ extends Fruit>是Plate<Fruit>及Plate<Apple>的基类

直接的好处就是，我们可以用“苹果盘”给“水果盘”赋值了。

Plate<? extends Fruit> p=new Plate<Apple>(new Apple());
再扩展一下，食物分成水果和肉类，水果有苹果和香蕉，肉类有猪肉和牛肉，苹果还有两种青苹果和红苹果。

//Lev 1
class Food{}
 
//Lev 2
class Fruit extends Food{}
class Meat extends Food{}
 
//Lev 3
class Apple extends Fruit{}
class Banana extends Fruit{}
class Pork extends Meat{}
class Beef extends Meat{}
 
//Lev 4
class RedApple extends Apple{}
class GreenApple extends Apple{}

在这个体系中，上界通配符Plate<？ extends Fruit>覆盖下图中蓝色的区域。

image.png

下界

相对应的下界通配符（Lower Bounds Wildcards）

Plate<? super Fruit>
表达的就是相反的概念：一个能放水果以及一切是水果基类的盘子。

Plate<？ super Fruit>是Plate<Fruit>的基类，但不是Plate<Apple>的基类

对应刚才那个例子，Plate<？ super Fruit>覆盖下图中红色的区域。

image.png

上下界通配符的副作用

边界让Java不同泛型之间的转换更容易了。但不要忘记，这样的转换也有一定的副作用。那就是容器的部分功能可能失效。

还是以刚才的Plate为例。我们可以对盘子做两件事，往盘子里set( )新东西，以及从盘子里get( )东西。

class Plate<T>{
    private T item;
    public Plate(T t){item=t;}
    public void set(T t){item=t;}
    public T get(){return item;}
}

1、上界<? extends T>不能往里存，只能往外取

• (1).<? extends Fruit>会使往盘子里放东西的set( )方法失效,但取东西get( )方法还有效

• (2).取出来的东西只能存放在Fruit或它的基类里面，向上造型。

比如下面例子里两个set()方法，插入Apple和Fruit都报错。

Plate<? extends Fruit> p=new Plate<Apple>(new Apple());
    
//不能存入任何元素
p.set(new Fruit());    //Error
p.set(new Apple());    //Error
 
//读取出来的东西只能存放在Fruit或它的基类里。
Fruit newFruit1=p.get();
Object newFruit2=p.get();
Apple newFruit3=p.get();    //Error

编译器只知道容器内是Fruit或者它的派生类，但具体是什么类型不知道，因此取出来的时候要向上造型为基类。

可能是Fruit？可能是Apple？也可能是Banana，RedApple，GreenApple？编译器在看到后面用Plate<Apple>赋值以后，盘子里没有被标上有“苹果”。而是标上一个占位符：capture#1，来表示捕获一个Fruit或Fruit的子类，具体是什么类不知道，代号capture#1。

然后无论是想往里插入Apple或者Meat或者Fruit编译器都不知道能不能和这个capture#1匹配，所以就都不允许。

所以通配符<?>和类型参数<T>的区别就在于，对编译器来说所有的T都代表同一种类型。

比如下面这个泛型方法里，三个T都指代同一个类型，要么都是String，要么都是Integer...

public <T> List<T> fill(T... t);

但通配符<?>没有这种约束，Plate<?>单纯的就表示：盘子里放了一个东西，是什么我不知道。

2、下界<? super T>不影响往里存，但往外取只能放在Object对象里

• (1).使用下界<? super Fruit>会使从盘子里取东西的get( )方法部分失效，只能存放到Object对象里。

因为规定的下界，对于上界并不清楚，所以只能放到最根本的基类Object中

• (2).set( )方法正常。

Plate<? super Fruit> p=new Plate<Fruit>(new Fruit());
 
//存入元素正常
p.set(new Fruit());
p.set(new Apple());

//读取出来的东西只能存放在Object类里。

Apple newFruit3=p.get();    //Error
Fruit newFruit1=p.get();    //Error
Object newFruit2=p.get();

因为下界规定了元素的最小粒度的下限，实际上是放松了容器元素的类型控制。

既然元素是Fruit的基类，那往里存粒度比Fruit小的都可以。

但往外读取元素就费劲了，只有所有类的基类Object对象才能装下。但这样的话，元素的类型信息就全部丢失。

PECS原则

最后看一下什么是PECS（Producer Extends Consumer Super）原则，已经很好理解了。

Producer Extends 生产者使用Extends来确定上界，往里面放东西来生产

Consumer Super 消费者使用Super来确定下界，往外取东西来消费

1、频繁往外读取内容的，适合用上界Extends，即extends 可用于的返回类型限定，不能用于参数类型限定。

2、经常往里插入的，适合用下界Super，super 可用于参数类型限定，不能用于返回类型限定。

3、带有 super 超类型限定的通配符可以向泛型对象用写入，带有 extends 子类型限定的通配符可以向泛型对象读取