Java中的集合类（一）

1. 集合框架图

Java中的集合是用于存储对象的工具类容器，它实现了常用的数据结构，提供了一系列公开的方法用于增加、删除、修改、查找和遍历数据，降低开发成本。集合种类非常多，形成了一个比较经典的继承关系数，称为Java集合框架图，如下图所示。框架图主要分为两类：第一类按照单个元素存储的Collection，在继承树中Set和List都实现了Collection接口；第二类是按照key-value村村的Map。以上两类集合体系，无论在数据存储还是遍历，都存在非常大的差别。

Java集合框架图.png

  在集合框架图中，红色代表接口，蓝色代表抽象类，绿色代表并发包中的类，灰色代表早期线程安全的类（基本已弃用）。可以看到，与Collection相关的4条线分别是List、Set、Queue、Map，它们的子类会映射到数据结构中的表、数、哈希等。

• List集合
    List集合是线性数据结构的主要实现，集合元素通常存在明确的上一个和下一个元素，也存在明确的第一个元素和最后一个元素。List 集合的遍历结果是稳定的。该体系最常用的是ArrayList 和 LinkedList 两个集合类。
    ArrayList 是容量可以改变的非线程安全集合。内部实现使用数组进行存储，集合扩客时会创建更大的数组空间，把原有数据复制到新数组中。AmayList 支持对元素的快速随机访问，但是插入与删除时速度通常很慢，因为这个过程很有可能需要移动其它元素。
    LinkedList 的本质是双向链表。与 ArrayList 相比，LinkedList 的插入和删除速更快，但是随机访问速度则很慢。测试表明，对于 10万条的数据，与 ArrayList相比随机提取元素时存在数百倍的差距。除继承 AbstractList 抽象类外，LinkedList 还实现了另一个接口 Deque，即 double-ended queue。这个接口同时具有队列和栈的性质。LinkedList 包含3个重要的成员: sizefirst、last。size 是双向链表中节点的个数，first和last分别指向第一个和最后一个节点的引用。LinkedList 的优点在于可以将零散的内存单元通过附加引用的方式关联起来，形成按链路顺序查找的线性结构，内存利用率较高。

• Queue集合
    Queue(队列)是一种先进先出的数据结构，队列是一种特殊的线性表，它只许在表的一端进行获取操作，在表的另一端进行插入操作。当队列中没有元素时，称为空队列。自从BlockingQueue(阻塞队列)问世以来，队列的地位得到极大的提升在各种高并发编程场景中，由于其本身 FIFO的特性和阻塞操作的特点，经常被作为Buffer(数据缓冲区)使用。

• Map集合
    Map集合是以Key-Value键值对作为存储元素实现的哈希结构，Key 按某种哈函数计算后是唯一的，Value 则是可以重复的。Map 类提供三种 Collection 视图，集合框架图中，Map 指向 Collection 的箭头仅表示两个类之间的依赖关系。可以使用keySet()查看所有的Key，使用 values()查看所有的Value，使用entrySet()查看所的键值对。最早用于存储键值对的 Hashtable 因为性能瓶颈已经被淘头，而如今广使用的 HashMap，线程是不安全的。ConcurrentHashMap 是线程安全的，在JDK8中进行了锁的大幅度优化，体现出不错的性能。在多线程并发场景中，优先推荐使用ConcurrentHashMap，而不是 HashMap。TreeMap 是 Key 有序的 Map 类集合。

• Set集合
    Set是不允许出现重复元素的集合类型。Set 体系最常用的是 HashSet、TreeSe和LinkedHashSet 三个集合类。HashSet 从源码分析是使用HashMap 来实现的，只是Value固定为一个静态对象，使用 Key 保证集合元素的唯一性，但它不保证集合元素的顺序。TreeSet也是如此，从源码分析是使用 TreeMap 来实现的，底层为树结构，在添加新元素到集合中时，按照某种比较规则将其插入合适的位置，保证插入后的人仍然是有序的。LinkedHashSet 继承自 HashSet，具有 HashSet 的优点，内部使用链表维护了元素插入顺序。

2. 集合初始化

  集合初始化通常进行分配客量、设置特定参数等相关工作。我们以使用频率较高为ArayList 和 HashMap 为例，简要说明初始化的相关工作，并解释为什么在任何情况下，都需要显式地设定集合容量的初始大小。ArayList是存储单个元素的顺序表结构，HashMap 是存储 KV 键值对的哈希式结构。分析两者的初始化相关源码，洞悉它们的容量分配、参数设定等相关逻辑，有助于更好地了解集合特性，提升代码质量。下面先从 ArrayList 源码说起:

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
        implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
{
    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
   // 空表的表示方法
    private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
    transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access
    /**
     * The size of the ArrayList (the number of elements it contains).
     *
     * @serial
     */
    private int size;

    public ArrayList(int initialCapacity) {
        if (initialCapacity > 0) {
         // 值大于 0时，根据构造方法的参数值，忠实地创建一个多大的数组
            this.elementData = new Object[initialCapacity];
        } else if (initialCapacity == 0) {
            this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
        } else {
            throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                                               initialCapacity);
        }
    }
// 公开的 ada 方法调用此内部私有方法
    private void add(E e, Object[] elementData, int s) {
// 当前数组能否容纳 size+1 的元素，如果不够，则调用grow来扩容
        if (s == elementData.length)
            elementData = grow();
        elementData[s] = e;
        size = s + 1;
    }
//扩容的最小要求，必须容纳刚才的元素个数 +1，注意，newCapacity()
// 方法才是扩容的重点!
    private Object[] grow(int minCapacity) {
        return elementData = Arrays.copyOf(elementData,
                                           newCapacity(minCapacity));
    }

    private Object[] grow() {
        return grow(size + 1);
    }

    private int newCapacity(int minCapacity) {
        // overflow-conscious code 防止扩容1.5 倍之后，超过 int 的表示范围(第1处)
        int oldCapacity = elementData.length;
      // JDK6之前扩容 50%或50-1，但是取ceil，而之后的版本取 Floor (第2处
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
        if (newCapacity - minCapacity <= 0) {
            if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA)
               //无参数构造方法，会在此时分配默认为10 的容量
                return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
            if (minCapacity < 0) // overflow
                throw new OutOfMemoryError();
            return minCapacity;
        }
        return (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE <= 0)
            ? newCapacity
            : hugeCapacity(minCapacity);
    }
}

  第1处说明:正数带符号右移的值肯定是正值，所以oldCapacity+(oldCapacity>>l)的结果可能超过int可以表示的最大值，反而有可能比参数的 minCapacity 更小，则返回值为(size+1)的minCapacity。
  第2处说明:如果原始容量是 13，当新添加一个元素时，依据程序中的计算方法得出13的二进制数为 1101，随后右移1位操作后得到二进制数 110，即十进制数6最终扩容的大小计算结果为 oldCapacitiy +(oldCapacity>>1)= 13+6=19。使用位算主要是基于计算效率的考虑。在JDK7之前的公式，扩容计算方式和结果为 oldCaacitiy x3÷2+1=13x3÷2+1=20。
  当ArrayList 使用无参构造时，默认大小为 10，也就是说在第一次 add 的时候分配为10的容量，后续的每次扩容都会调用 Array.copyof方法，创建新数组再复制，可以想象，假如需要将 1000个元素放在 ArayList中，采用默认构造方法，需要被动扩容13次才可以究成存。反之，如果在初始化时便指定了容量new ArrayList(1000)，那么在初始化 ArrayList对象的时候就直接分配 1000个储空间而避免被动扩容和数组复制的额外开销。最后，进一步设想，如果这个值达到更大量级，却没有注意初始的容量分配问题，那么无形中造成的性能损耗是非常大的，甚至导致 0OM 的风险。
  再来看一下HashMap,如果它需要放置1000个元素，同样没有设置初始容量大小随着元素的不断增加，则需要被动扩客7次才可以完成存储。扩容时需要重建hash表非常影响性能。在 HashMap 中有两个比较重要的参数 Capacity 和 Load Factor，其中Capacity 决定了存储容量的大小，默认为 16;而 Lod Factor 决定了填充比例-般使用默认的0.75。基于这两个参数的乘积，HashMap 内部用 threshold 变量表示HashMap中能放入的元素个数。HashMap 容量并不会在 new 的时候分配，而是在第一次put 的时候完成创建的，源码如下(jdk1.7).

    public V put(K key, V value) {
        if (table == EMPTY_TABLE) {
            inflateTable(threshold);
        }
       .........
    }

    /**
     * Inflates the table. 第一次 put 时，调用如下方法，初始化 table
     */
    private void inflateTable(int toSize) {
        // Find a power of 2 >= toSize
        // 找到大于参数值且最接近 2 的幂值，假如输入参数是 27，则返回32
        int capacity = roundUpToPowerOf2(toSize);
        //threshold 在不超过限制最大值的前提下等于 capacity * loadFactor
        threshold = (int) Math.min(capacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1);
        table = new Entry[capacity];
        initHashSeedAsNeeded(capacity);
    }

  为了提高运算速度，设定 HashMap 容量大小为2ⁿ，这样的方式使计算落槽位置更快。如果初始化 HashMap 的时侯通过构造器指定了 initialCapacity，则会先计算出比 initialCapacity 大的2 的幂存入 threshold，在第一次 put 时会按照这个2的幂初始化数组大小，此后每次扩容都是增加2倍。如果没有指定初始值，log₂1000 =9.96,结合源码分析可知，如果想要容纳 1000 个元素，必须经过7次扩客。HashMap的扩容还是有不小的成本的，如果提前能够预估出 HashMap 内要放置的元素数量，就可在初始化时合理设置容量大小，避免不断扩容带来的性能损耗。
  综上所述，集合初始化时，指定集合初始值大小。如果暂时无法确定集合大小那么指定相应的默认值，这也要求我们记得各种集合的默认值大小，ArayList大小10，而 HashMap 默认值为 16。

3. 数组与集合

  数组是一种顺序表，在各种高级语言中，它是组织和处理数据的一种常见方式，我们可以使用索引下标进行快速定位并获取指定位置的元素。数组的下标从0开始，但这并不符合生活常识，这源于BCPL 语言，它将指针设置在0的位置，用数组下标作为直接偏移量进行计算。为什么下标不从1 开始呢?如果是这样，计算偏移量就要使用当前下标减1的操作。加减法运算对 CPU 来说是一种双数运算，在数组下标使用频率极高的场景下，这种运算是十分耗时的。在Java 体系中，数组用以存储同-类型的对象，一旦分配内存后则无法扩容。提倡类型与中括号紧挨相连来定义数组，因为在Java的世界里，万物皆为对象。String[] 用来指代String数组对象，示例代码如下.

String[] strings = {"a", "b"};//数组引用赋值给 Object
Object obj = strings;//使用类名string[]进行强制转化，并成功赋值，strings[0]的值由a变为 object
((String[]) obj)[0] = "object";

  声明数组和赋值的方式示例代码如下:

// 初始化完成，容量的大小即等于大括号内元素的个数，使用频率并不高
String[] args3 = {"a", "b"};
String[] args4 = new String[2];
args4[0] = "a";
args4[1] = "h";

  上述源码中的 args3 是静态初始化，而 args4 是动态初始化。无论静态初始化还是动态初始化，数组是固定容量大小的。注意在数组动态初始化时，出现了 new，这意味着需要在 new String[]的方括号内填写一个整数。如果写的是负数，并不会编译出错，但运行时会抛出异带：NegsivcAmysizcExoepion。对于动态大小的数组，集合提供了Vector和 AmayLsit 两个类，前者是线程安全，性能校差，基本弃用，而后者是线程不安全，它是使用频率最高的集合之一。
  数组的遍历优先推荐 DK5引进的 foreach 方式，即 for(元素:数组名)的方式，可以在不使用下标的情况下遍历数组。如果需要使用数组下标，则使用for(int i=0;i<array.lengt;i++)的方式，注意 length 是数组对象的一个属性，而不是方法。string类是使用 length()方法来获取字符串长度的)。也可以使用JDK8 的函数式口进行遍历:

Arrays.asList(args3).stream().forEach(x-> System.out.println(x));
Arrays.asList(args3).stream().forEach(System.out::println);

  Arrays 是针对数组对象进行操作的工具类，包括数组的排序、查找、对比、拷贝等操作。尤其是排序，在多个JDK 版本中在不断地进化，比如原来的归并排序改成Timsort,明显地改善了集合的排序性能。另外,通过这个工具类也可以把数组转成集合。
  数组与集合都是用来存储对象的容器，前者性质单一，方便易用;后者类型安全，功能强大，且两者之间必然有互相转换的方式。毕竟它们的性格迥异，在转换过程中，如果不注意转换背后的实现方式，很容易产生意料之外的问题。转换分成两种情况:数组转集合和集合转数组。在数组转集合的过程中，注意是否使用了视图方式直接返回数组中的数据。我们以Arrays.asList0为例，它把数组转换成集合时，不能使用其修改集合相关的方法，它的add/remove/clear 方法会抛出UnsupportedOperationException 异常。示例源码如下：

public class ArraysAsList {
    public static void main(String[] args) {
        String[] stringArray = new String[3];
        stringArray[0] = "one";
        stringArray[1] = "two";
        stringArray[2] = "three";
        List<String> stringList = Arrays.asList(stringArray);// 修改转换后的集合，成功地把第一个元素“one”改成“oneList
        stringList.set(0, "oneList");
// 运行结果是 oneList，数组的值随之改变
        System.out.println(stringArray[0]);
// 这是重点:以下三行编译正确，但都会抛出运行时异常
        stringList.add("four");
        stringList.remove(2);
        stringList.clear();
    }
}

  事实证明，可以通过set0 方法修改元素的值，原有数组相应位置的值同时也会被修改，但是不能进行修改元素个数的任何操作，否则均会抛出UnsupportedOperationException 异常。Arays.asList 体现的是适配器模式，后台的数据仍是原有数组，set0方法即间接对数组进行值的修改操作。asList 的返回对象是一个Arrays 的内部类，它并没有实现集合个数的相关修改方法，这也正是抛出异常的原因。Arrays.asList 的源码如下:

    public static <T> List<T> asList(T... a) {
        return new ArrayList<>(a);
    }

  返回的明明是ArrayList 对象，怎么就不可以随心所欲地对此集合进行修改呢？注意此ArrayList 非彼ArrayList，虽然Arrays 与ArrayList 同属于一个包，但是在Arrays类中还定义了一个ArrayList的内部类(或许命名为InnerArrayList更容易识别），根据作用域就近原则，此处的ArrayList是李鬼，即这是个内部类。此李鬼十分简单只提供了个别方法的实现，如下所示:

    private static class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
        implements RandomAccess, java.io.Serializable
    {
        private static final long serialVersionUID = -2764017481108945198L;
// final修饰不准修改其引用 (第1处)
        private final E[] a;
// 直接把数组引用赋值给 a，而 objects 是 JDK7引入的工具包
// requireNonNul1 仅仅判断是否为 null
        ArrayList(E[] array) {
            a = Objects.requireNonNull(array);
        }
// 实现了修改特定位置元素的方法
        @Override
        public E set(int index, E element) {
            E oldValue = a[index];
            a[index] = element;
// 注意 set 成功返回的是此位置上的旧值
            return oldValue;
        }
    }

  第1处的 final 引用，用于存储集合的数组引用始终被强制指向原有数组。这个内部类并没有实现任何修改集合元麦个数的相关方法，那这个UnspportedOperationException 异常 是 从哪里 出 来的呢? 是李鬼的父类AbstractList:

public abstract class AbstractList<E> extends AbstractCollection<E> implements List<E> {
    public void add(int index, E element) {
        throw new UnsupportedOperationException();
    }
    public E remove(int index) {
        throw new UnsupportedOperationException();
    }
// clear()方法调用 remove 方法，依然抛出异常
    public void clear() {
        removeRange(0, size());
    }
}

  如果李鬼Arrays.ArrayList 内部类覆写这些方法不抛出异常，避免使用者踩进这个坑会不会更好?数组具有不为五斗米折腰的气节，传递的信息是“要么直接用我,要么小心异常!”数组转集合引发的故障还是十分常见的。比如,某业务调用某接口时，对方以这样的方式返回一个 List 类型的集合对象，本方获取集合数据时，99.9%是只读操作，但在小概率情况下需要增加一个元素，从而引发故障。在使用数组转集合时，需要使用李逵iava.util.ArrayList 直接创建一个新集合，参数就是ArraysasList返回的不可变集合，源码如下:

List<Object> objectList = new java.util.ArrayList<Object>(Arrays.asList(stringArray));

  相对于数组转集合来说，集合转数组更加可控，毕竟是从相对自由的集合容器转为更加苛刻的数组。什么情况下集合需要转成数组呢?适配别人的数组接口，或者进行局部方法计算等。先看一个源码，猜猜执行结果

public class ListToArray {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<String>(3);
        list.add("one");
        list.add("two");
        list.add("three");
//泛型丢失，无法使用 string[] 接收无参方法返回的结果 (第1处)
        Object[] arrayl = list.toArray();
// array2 数组长度小于元素个数 (第2处)
        String[] array2 = new String[2];
        list.toArray(array2);
        System.out.println(Arrays.asList(array2));
// array3 数组长度等于元素个数 (第3处)
        String[] array3 = new String[3];
        list.toArray(array3);
        System.out.println(Arrays.asList(array3));

    }
}

执行结果如下:
[null,null]
[one，two， three]
  第1处比较容易理解，不要用toArra()无参方法把集合转换成数组，这样会致泛型丢失;在第2处执行成功后，输出却为 null;第3处正常执行，成功地把集合数据复制到array3数组中。第2处与第3处的区别在于即将复制进去的数组容量是否足够。如果容量不够，则弃用此数组，另起炉灶，关于此方法的源码如下.

// 注意入参数组的 length 大小是重中之重，如果大于或等于集合的大小
// 则集合中的数据复制进入数组即可，如果空间不够，入参数组 a 就会被无视
// 重新分配一个空间，复制完成后返回一个新的数组引用
    public <T> T[] toArray(T[] a) {
        if (a.length < size)
            // Make a new array of a's runtime type, but my contents:
// 如果数组长度小于集合 size，那么执行此语句，直接 return。(第1处)
            return (T[]) Arrays.copyOf(elementData, size, a.getClass());
// 如果容量足够，则直接复制 (第2处)
        System.arraycopy(elementData, 0, a, 0, size);
        if (a.length > size)
            a[size] = null;
// 只有在数组容量足够的情况下，才返回传入参数
        return a;
    }

  第1处和第 2 处均 复制 java.util.ArrayLit 的 elementData到数组中，这个elementData是 ArrayList 集合对象中真正用于存储数据的数组，它的定义为：transient Object[] elementData
  这个存储ArrayList 真正数据的数组由 transient 修饰，表示此字段在类的序列化时将被忽略。因为集合序列化时系统会调用 writeOtject 写入流中，在网络客户端反序列化的readObject 时，会重新赋值到新对象的 elementData 中。为什么多此一举？因为 elementData 容量经常会大于实际存储元素的数量，所以只需发送真正有实际值的数组元素即可。回到刚才的场景，当入参数组客量小于集合大小时，使用Amsys.copy0f()方法，它的源码如下

    public static <T,U> T[] copyOf(U[] original, int newLength, Class<? extends T[]> newType) {
        @SuppressWarnings("unchecked")
// 新创建一个数组 copy
        T[] copy = ((Object)newType == (Object)Object[].class)
            ? (T[]) new Object[newLength]
            : (T[]) Array.newInstance(newType.getComponentType(), newLength);
        System.arraycopy(original, 0, copy, 0,
                         Math.min(original.length, newLength));
        return copy;
    }

如果数组初始大小设置不当，不仅会降低性能，还会浪费空间。使用集合的toArray(T[] array)方法，转换为数组时，注意需要传入类型完全一样的数组，并且的容量大小为 list.size()。

4. 集合与泛型

  泛型与集合的联合使用，可以把泛型的功能发挥到极致，很多小伙伴不清楚List、List<Object>、List<?> 三者的区别，更加不能区分<? extends T> 与<? superT的使用场景。List 完全没有类型限制和赋值限定，如果天马行空地乱用，迟早会遭类型转换失败的异常。很多程序员觉得 List<Objec> 的用法完全等同于 List，但在接受其他泛型赋值时会编译出错。List<?> 是一个泛型，在没有赋值之前，表示它可以接受任何类型的集合赋值，值之后就不能便往里添加元素了。下方的例不很好活明了三者的区别，以List为原型展开说明：

public class ListNoGeneric {
    public static void main(String[] args) {
// 第一段:泛型出现之前的集合定义方式
        List a1 = new ArrayList();
        a1.add(new Object());
        a1.add(new Integer(111));
        a1.add(new String("hello alal"));
//第二段:把a1引用赋值给 a2，注意 a2与al的区别是增加了泛型原制<opject>
        List<Object> a2 = a1;
        a2.add(new Object());
        a2.add(new Integer(222));
        a2.add(new String("hello a2a2"));
//第三段:把al引用赋值给 a3，注意a3与a1的区别是增加了泛型<Integer>
        List<Integer> a3 = a1;
        a3.add(new Integer(333));
//下方两行编译出错，不允许增加非 Integer 类型进入集合
        a3.add(new Object());
        a3.add(new String("hello a3a3"));

// 第四段:把a1 引用赋值给 a4，a1 与a4的区别是增加了通配符
        List<?> a4 = a1;
        // 允许删除和清除元素
        a1.remove(0);
        a4.clear();
// 编译出错。不允许增加任何元素
        a4.add(new Object());
    }
}

  第一段说明:在定义 List 之后，毫不犹豫地往集合里装入三种不同的对象:Object、Integer 和 String，遍历没有问题，但是贸然以为里边的元素都是 Integer，使用强制转化，则抛出 ClassCastException 异常。
  第二段说明:把 a1 赋值给 a2，a2 是 List<Objec> 类型的，也可以再往里装入三种不同的对象。很多程序员认为 List 和 List<Objec> 是完全相同的，至少从目前这两段来看是这样的。
  第三段说明:由于泛型在JDK5 之后才出现，考虑到向前兼客，因此历史代码有时需要赋值给新泛型代码，从编译器角度是允许的。这种代码似乎有点反人类，在实际故障案例中经常出现，来看一段问题代码。

JsoNobject jsonobject = JSoNobject.fromobject ("(\"level\":[\"3 \"])"):
List<Integer> intList= new ArrayList<Integer>(10);

if (jsonObject != nul1) {
    intList.addAll(jsonObject.getJSONArray("level"));
    int amount=0;
    for (Integer t : intList) (
        //抛出classCastException异带 : string cannot be cast to Integer
        if (condition) {
            amount = amount + t;
        }
    }
}   

addAll的定义如下:

public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {...]

进行了泛型限制，示例中addAll的实际参数是getJSONArray 返回的JSONArray对象，它并非是List，更加不是Imteger集合的子类，为何编译不报错?查看JSONArray 的定义:

public final class JSONArray extends AbstractJSON implements JSON, List {}

  JSONArray 实现了 List，是非泛型集合，可以赋值给任何泛型限制的集合。编译可以通过，但在运行时报错，这是一个隐藏得比较深的Bug，最终导致发生线上故障。在JDK5 之后，应尽量使用泛型定义，以及使用类、集合、参数等。
  如果把al的定义从List a1修改为 List<Object>a1，那么第三段就会编译出错List<Objec> 赋值给 List<Integer> 是不允许的，若是反过来赋值:

List<Integer> intList = new ArrayList<Integer>(3);
intList.add(111);
List<Object> objectlist = intList;

  事实上，依然会编译出错，提示如下:

Error:(10, 26) java: incompatible types: java.util.List<java.lang.Integer> cannot be converted tojava.util.List<java.lang.Object>

  注意，数组可以这样赋值，因为它是协变的，而集合不是。
  第四段说明:间号在正则表达式中可以匹配任何字符，List<?>称为通配待集合可以接受任何类型的集合引用赋值，不能添加任何元素，但可以remove和clear,并非 immutable 集合。List<?>一般作为参数来接收外部的集合，或者返回一个不知具体元素类型的集合。
  List<T>最大的问题是只能放置一种类型，如果随意转换类型的话，就是“破窗像论”，泛型就失去了类型安全的意义。如果需要放置多种受泛型约束的类型呢?JDK 的开发者顺应了民意，实现了 <? extends T>与<? super>两种语法，但是两的区别非常微妙。简单来说，<?extends T>是 Get First，适用于，消费集合元素为主的场景,<?super T>是 Put First，适用于，生产集合元素为主的场景。
  <? extends T>可以赋值给任何T及T子类的集合，上界为T，取出来的类型带有泛型限制，向上强制转型为 T。null 可以表示任何类型，所以除 ull外，任何元素都不得添加进<?extends T>集合内。
  <? super T>可以赋值给任何T及T的父类集合，下界为 T。在生活中，投票选举类似于<?super T>的操作。选举代表时，你只能往里投选票，取数据时，根本不知道是谁的票，相当于泛型丢失。有人说，这只是一种生活场景，在系统设计中，很难有这样的情形。再举例说明一下，我们在填写对主管的年度评价时，提交后若想再次访问之前的链接修改评价，就会被告之:“您已经完成对主管的年度反馈，谢谢参与。”extends的场景是put 功能受限，而 super的场景是get功能受限。
  下例中，以加菲猫、猫、动物为例，说明 extends和super的详细语法差异:

public class AnimalCatGarfield {
    public static void main(String[] args) {
        //第1段;声明三个依次承的类的集合: Object>动物>猫>加菲猫
        List<Animal> animal = new ArrayList<Animal>();
        List<Cat> cat = new ArrayList<Cat>();
        List<Garfield> garfield = new ArrayList<Garfield>();

        animal.add(new Animal());
        cat.add(new Cat());
        garfield.add(new Garfield());
        //第二段测试赋值操作
        // 下行编译出错。只能赋值 Cat 或 cat 子类的集合
        List<? extends Cat> extendsCatFromAnimal = animal;
        List<? super Cat> superCatFromAnimal = animal;

        List<? extends Cat> extendsCatFromCat = cat;
        List<? super Cat> superCatFromCat = cat;

        List<? extends Cat> extendsCatFromGarfield = garfield;
        //下行编译出错。只能制值Cat或Cat父类的集合
        List<? super Cat> superCatFromGarfield = garfield;

        //第3段:测试add 方法
        // 下面三行中所有的<? extends T> 都无法进行add操作，编译均出错
        extendsCatFromCat.add(new Animal());
        extendsCatFromCat.add(new Cat());
        extendsCatFromCat.add(new Garfield());

        // 下行编译出错。只能添加 cat 或 Ca 子类的集合
        superCatFromCat.add(new Animal());
        superCatFromCat.add(new Cat());
        superCatFromCat.add(new Garfield());

        //第4段:测试get 方法
        // 所有的 super 操作能够返回元素，但是泛型丢失，只能返回 object 对象

        //以下extends 操作能够返回元素
        Object catExtends2 = extendsCatFromCat.get(0);
        Cat catExtends1 = extendsCatFromCat.get(0);
        // 下行编译出错。虽然 Cat 集合从 Garfield 赋值而来，但类型擦除后，是不知道的
        Garfield garfield1 = extendsCatFromGarfield.get(0);
    }
}

  第1段，声明三个泛型集合，可以理解为三个不同的笼子，List<Anima>住的是动物(反正就是动物世界里的动物)，List<Ca住的是猫(反正就是猫科动物)，List<Garfield>住的是加菲猫(又懒又可爱的一种猫)。Garfield 继承于Cat，而Ca继承自Animal。
  第2段，以Cat 类为核心，因为它有父类也有子类。定义类型限定集合，分别为 List<? extends Cat>和List<? super Cat>。在理解这两个概念时，暂时不要引入上界和下界，专注于代码本身就好。
  把 List<Cat> 对象赋值给两者都是可以的。但是把 List<Animal> 赋值给 List<? extends Cat> 时会编译出错，因为能赋值给 <? extend Cat> 的类型，只有 Cat 自己和它的子类集合。尽管它是类型安全的，但依然有泛型信息，因而从笼子里取出来的必然是只猫,而List<Animal>里边有可能住着毒蛇、鳄鱼蝙蝠等其他动物。把 List<Garfield> 赋值给 List<? super Cat> 时，也会编译报错。因为能赋值给<?super Cat>的类型，只有 Cat自己和它的父类。
  第3段，所有的 List<?extends T>都会编译出错，无法进行add 操作，这是因为除 null外，任何元素都不能被添加进<? extends T> 集合内。List<? super Cat> 可以往里增加元素，但只能添加Cat 自身及子类对象，假如放入一块石头，则明显违背了Animal大类的性质。
  第4段，所有 List<? super T> 集合可以执行 get操作，虽然能够返回元素，但是类型丢失，即只能返回Object 对象。List<?extends Cat>可以返回带类型的元素，但只能返回 Cat 自身及其父类对象，因为子类类型被擦除了。
  对于一个笼子，如果只是不断地向外取动物而不向里放的话，则属于 Get First,应采用<?extends T>;相反，如果经常向里放动物的话，则应采用<? super T>，属于Put First。