java泛型详解

1. extends与super

extends关键字限制了泛型类可以使用的泛型参数类型的上限（Upper Bound）

super关键字限制了泛型类可以使用的泛型参数类型的下限（Lower Bound）

先定义几个简单的Class

    class Food {
    }

    class Fruit extends Food {
    }

    class Meat extends Food {
    }

    class Apple extends Fruit {
    }

    class Orange extends Fruit {
    }

    class Pork extends Meat {

    }

    class Beef extends Meat {

    }

extends解析

直接赋值的限制

以泛型类List为例，如果我们声明下面这样的一个List

        List<? extends Fruit> fruitList;

那么后续给这个fruitList赋值时，这个值允许使用的泛型参数的上限就是Fruit，也就是Fruit或者Fruit的子类。所以下面的代码是可以编译通过的

        fruitList = new ArrayList<Apple>();
        fruitList = new ArrayList<Orange>();    

下面的代码则会引发编译失败

        fruitList = new ArrayList<Food>();//Food不是Fruit的子类，编译失败

泛型方法参数的限制

在上面的例子中，fruitList的含有泛型参数的方法，例如add，是受到极大的限制的：

        fruitList.add(new Object());//编译错误
        fruitList.add(new Food());//编译错误
        fruitList.add(new Fruit());//编译错误
        fruitList.add(new Apple());//编译错误
        fruitList.add(null);//编译通过

可以发现，除了不带有Class类型信息的null，任何Class（甚至包括Object）的实例，都不能作为add方法的泛型参数，这是为什么呢？

因为extends关键字只是限制了泛型类可以使用的泛型参数的上限，编译器并不知道fruitList实际指向的实例使用的泛型参数具体是什么，可能是Fruit，也可能是Apple或者Orange。

这句话不太好理解，但是如果把fruitList直接替换成已经正确设置了泛型参数的泛型类的实例，然后调用泛型方法，可能会比较好懂。

例如在泛型参数为Orange时，上面的代码可以转换为下面的形式：

        new ArrayList<Orange>().add(new Object());//编译错误
        new ArrayList<Orange>().add(new Food());//编译错误
        new ArrayList<Orange>().add(new Fruit());//编译错误
        new ArrayList<Orange>().add(new Apple());//编译错误
        new ArrayList<Orange>().add(null);//编译通过

也就是说，编译器采用了非常保守的策略来确保类型安全（只允许发生隐式的从子类向父类的类型转换）。

泛型方法返回值的限制

在上面的例子中，由于可以确定fruitList对应的实例使用的泛型参数必然是Fruit或者Fruit的子类，所以如果有方法的返回值是泛型参数，那么可以确定这个返回值必然也是Fruit或者Fruit的子类了

        Fruit fruit = fruitList.get(0);

上面这行代码是IDEA的自动补全返回值类型的效果。

super解析

直接赋值的限制

以泛型类List为例，如果我们声明下面这样的一个List

        List<? super Fruit> fruitList;

那么后续给这个fruitList赋值时，这个值允许使用的泛型参数的下限就是Fruit，也就是Fruit或者Fruit的父类。所以下面的代码是可以编译通过的

        fruitList = new ArrayList<Fruit>();//编译通过
        fruitList = new ArrayList<Food>();//编译通过

而下面的代码则会引发编译失败

        fruitList = new ArrayList<Apple>();//编译错误

泛型方法参数的限制

在上面的例子中，fruitList的含有泛型参数的方法，例如add，也受到了一定的限制：

        fruitList.add(new Object());//编译错误
        fruitList.add(new Food());//编译错误
        fruitList.add(new Fruit());//编译通过
        fruitList.add(new Apple());//编译通过
        fruitList.add(null);//编译通过

可以发现，只允许使用Fruit或者Fruit的子类的实例作为参数，这又是为啥呢？

因为super关键字是限制了泛型类可以使用的泛型参数的下限，泛型参数无论是什么，都必然是Fruit或者Fruit的父类，这必然也是Fruit的子类的父类了。

所以只要给泛型方法传入Fruit或者Fruit子类的实例作为参数，最多只会引发隐式类型转换，不会导致异常。

以泛型参数为Food为例，把上面的代码转换一下：

        new ArrayList<Food>().add(new Object());//编译错误
        new ArrayList<Food>().add(new Food());//编译通过，但是如果换另外一种父类就出错了
        new ArrayList<Food>().add(new Fruit());//编译通过
        new ArrayList<Food>().add(new Apple());//编译通过
        new ArrayList<Food>().add(null);//编译通过

这也是编译器为了确保类型安全作出的努力

泛型方法返回值的限制

在上面的例子中，由于无法确定fruitList对应的实例使用的泛型参数到底是什么玩意（可能是Fruit，也可能是Food，甚至可能是Object），所以只能用万能的Object作为返回值类型了：

        Object object = fruitList.get(0);

上面这行代码是IDEA的自动补全返回值类型的效果。

PECS法则

Producer->extends    Consumer->super

如果你希望某个泛型类只能生产（方法有泛型返回值）受限定的元素（Producer），那么就该用extends关键字来做限定

如果你希望某个泛型类只能消费（方法有泛型参数）受限定的元素（Consumer），那么就该用super关键字来做限定

小结

extends和super的限定初看非常难懂，但是如果把泛型类的泛型参数试着实例化并且展开一下，就好理解多了。

这些奇怪的限制，主要是为了在任何情况下都能保证类型安全（只发生隐式的子类向父类的转换）

参考资料

Java泛型中<？ extends E>和<？ super E>的区别