Java泛型通配符常见问题：如何区分`? extends T`与`? super T`的使用场景？

Question

在使用Java泛型时，`? extends T` 和 `? super T` 是两种常见的通配符形式，但它们的用途容易混淆。`? extends T` 表示未知的 `T` 的子类型，适用于只读取数据的场景，如从集合中获取元素；而 `? super T` 表示未知的 `T` 的父类型，适用于只写入数据的场景，如向集合中添加元素。理解PECS（Producer-Extends, Consumer-Super）原则有助于正确选择。一个常见的问题是：**在定义方法参数时，应如何根据集合的读写需求选择 `? extends T` 或 `? super T`？**

Answer 1

Java泛型中 `? extends T` 与 `? super T` 的使用详解

在Java泛型编程中，通配符 `? extends T` 和 `? super T` 是非常常见的语法结构，但它们的用途和适用场景常常让开发者感到困惑。理解它们的使用方式，特别是结合PECS（Producer-Extends, Consumer-Super）原则，是写出安全、灵活泛型代码的关键。

1. 基本概念与语法结构

• ? extends T：表示未知类型，但它是 T 的子类型（包括 T 本身）。
• ? super T：表示未知类型，但它是 T 的父类型（包括 T 本身）。

它们都不能用于创建泛型实例，只能用于声明变量、方法参数或返回类型。

2. PECS 原则详解

PECS 是一个记忆口诀，全称是：

• Producer - Extends
• Consumer - Super

其含义是：

• 如果一个集合只用于“生产”数据（读取），即你从集合中取出元素，使用 ? extends T。
• 如果一个集合只用于“消费”数据（写入），即你向集合中添加元素，使用 ? super T。

3. 读写场景对比分析

场景	通配符	示例
只读	? extends T	List<? extends Number> numbers;
只写	? super T	List<? super Integer> numbers;

4. 代码示例解析

4.1 使用 `? extends T` 的读取示例

List<? extends Number> numbers = Arrays.asList(1, 2.0f, 3.0);
for (Number number : numbers) {
    System.out.println(number.doubleValue());
}
    

注意：不能向该集合中添加任何元素（除了 null），因为编译器不知道具体类型。

4.2 使用 `? super T` 的写入示例

public static void addNumbers(List<? super Integer> list) {
    list.add(1);
    list.add(2);
}
    

注意：可以安全地添加 Integer 类型对象，但不能从该集合中获取 Integer 类型的值（因为返回的是 Object）。

5. 实际应用中的常见问题与解决方案

5.1 为什么不能往 `? extends T` 类型的集合中添加元素？

因为 ? extends T 表示一个未知的 T 的子类型。例如：

List<? extends Number> list = new ArrayList<Double>();

如果允许添加 Integer，就可能导致类型不匹配。

5.2 为什么 `? super T` 类型的集合可以添加元素？

因为 ? super T 表示某个类型是 T 的父类，因此任何 T 的实例都可以被安全地加入集合。

6. 方法参数设计中的选择策略

在定义方法参数时，应根据集合的使用目的选择合适的通配符：

• 如果方法只从集合中读取数据，应使用 ? extends T。
• 如果方法只向集合中写入数据，应使用 ? super T。
• 如果方法既读又写，可能需要避免使用通配符，或使用更复杂的泛型边界。

7. 流程图：如何选择通配符

graph TD
    A[集合用途] --> B{只读?}
    B -->|是| C[使用 ? extends T]
    B -->|否| D{只写?}
    D -->|是| E[使用 ? super T]
    D -->|否| F[避免使用通配符]
        

8. 高级技巧与注意事项

• 避免将 `? extends T` 和 `? super T` 混合使用，除非你清楚其影响。
• 使用 `T` 本身（非通配符）时，可以获得最大的灵活性，但也限制了参数的兼容性。
• 在泛型方法中，优先使用类型参数而不是通配符，以提高类型推断能力。

9. 实际项目中的使用建议

在实际开发中，尤其是集合类库的设计中（如Java Collections Framework），PECS原则被广泛使用。例如：

• Collections.copy() 方法中，目标列表使用 ? super T，源列表使用 ? extends T。
• 在设计通用的“消费者”接口时，如 Consumer<? super T>，可以接受更广泛的输入类型。