Day24 | Java泛型通配符与边界解析

懒惰蜗牛2025-09-27 18:38

在实际的开发过程中，我们会发现，简单的泛型（比如List<T>）在某些场景下有点死板。

比如，一个接受List<Number>的方法，没办法接收List<Integer>类型的参数。

尽管我们都知道Integer是Number的子类。

为了解决这种问题，Java泛型提供了更强大的工具------通配符 。

今天，我们一起来看看这三个东西：<?>、<? extends T>和<? super T>。

一、为什么需要通配符？

一般有需求才会催生出相应的设计，我们直接看个例子：

java 复制代码 
package com.lazy.snail.day24;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.List;

/**
 * @ClassName Day24Demo
 * @Description TODO
 * @Author lazysnail
 * @Date 2025/6/18 14:00
 * @Version 1.0
 */
public class Day24Demo {
    public static void printNumbers(List<Number> list) {
        for (Number number : list) {
            System.out.println(number);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> integerList = new ArrayList<>(Arrays.asList(1, 2, 3));
        List<Double> doubleList = new ArrayList<>(Arrays.asList(1.0, 2.0, 3.0));
        List<Number> numberList = new ArrayList<>(Arrays.asList(1, 2.0, 3L));
        printNumbers(numberList);
        printNumbers(integerList);
        printNumbers(doubleList);
    }
}

我们本想写个方法，用来打印一个装有任意数字的列表。

实际情况是integerList和doubleList出现了编译错误。

其实Java泛型有一个很重要的概念，泛型类型之间没有继承关系。

就算Integer是Number的子类，List<Integer>也不是List<Number>的子类。它们是两种完全不同的类型。

这种类型限制就是为了保证类型安全。

如果List<Integer>可以被当成List<Number>，我们就可以通过List<Number>的引用往这个列表里添加一个Double，然后List<Integer>就不单纯的只能存放Integer了。

但是，我们又确实有"处理某一类泛型"的需求，所以通配符就来了。

二、无界通配符：<?>

<?>表示的是无界通配符，它代表"任何未知的类型"。List<?>的字面意思就是"一个持有某种未知类型的列表"。

还是来看上面的打印列表的例子：

java 复制代码 
package com.lazy.snail.day24;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.List;

/**
 * @ClassName Day24Demo2
 * @Description TODO
 * @Author lazysnail
 * @Date 2025/6/18 14:10
 * @Version 1.0
 */
public class Day24Demo2 {
    public static void printList(List<?> list) {
        for (Object o : list) {
            System.out.println(o);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> integerList = new ArrayList<>(Arrays.asList(1, 2, 3));
        List<String> stringList = new ArrayList<>(Arrays.asList("A", "B", "C"));

        printList(integerList);
        printList(stringList);
    }
}

printList方法现在可以接受任何类型的List了。

<?>的核心限制就是只读，不可写。

List<?>最大的特点就是，你不能往这个列表添加任何元素（除了null）。

因为编译器只知道它是一个列表，但不知道里面具体是什么类型。

它没办法保证你添加的元素符合列表的原始类型约束。

你可以尝试往List<?>放元素试试：

java 复制代码 
package com.lazy.snail.day24;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

/**
 * @ClassName Day24Demo3
 * @Description TODO
 * @Author lazysnail
 * @Date 2025/6/18 14:14
 * @Version 1.0
 */
public class Day24Demo3 {
    public static void main(String[] args) {
        List<?> list = new ArrayList<Integer>();
        list.add(1);
        list.add("Hello");
        list.add(new Object());
        list.add(null);

        Object o = list.get(0);
    }
}

你会发现，除了null以外，什么都放不进去，都是编译错误。

所以，只有当你只需要读取元素，不需要修改集合，并且处理的逻辑不依赖于元素的具体类型的时候，才会选择使用<?>。

三、上界通配符：<? extends T>

<? extends T>表示的是"任何T的子类，或者T本身"。

有了这个通配符，我们之前打印数字的方法就没问题了。

List<? extends Number>的意思是"一个持有Number或其任意子类（比如Integer,Double,Long）的列表"。

java 复制代码 
package com.lazy.snail.day24;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.List;

/**
 * @ClassName Day24Demo4
 * @Description TODO
 * @Author lazysnail
 * @Date 2025/6/18 14:33
 * @Version 1.0
 */
public class Day24Demo4 {
    public static void printNumbers(List<? extends Number> list) {
        for (Number n : list) {
            System.out.println(n.doubleValue());
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> integerList = new ArrayList<>(Arrays.asList(1, 2, 3));
        List<Double> doubleList = new ArrayList<>(Arrays.asList(1.0, 2.0, 3.0));

        printNumbers(integerList);
        printNumbers(doubleList);
        
        // 写示例
        List<? extends Number> list = new ArrayList<>();
        list.add(1);
        list.add(1.0);
        list.add(null);
    }
}

在写示例里，我们尝试往List<? extends T>添加元素，但是<?>一样，编译错误了。

因为编译器它只知道列表里的元素是Number的某个子类，但没办法确定具体是哪个子类。

可能是List<Integer>，也可能是List<Double>。

如果让你添加进去一个Integer，万一这个列表实际上是List<Double> 类型呢？

同样会造成类型不安全。

所以上界通配符<? extends T>主要用于安全的读取数据。

四、下界通配符：<? super T>

下界通配符跟上界通配符相反，<? super T>表示"任何T的父类，或者T本身"。

List<? super Integer>的意思是"一个持有Integer或其任意父类（比如Number, Object）的列表"。

java 复制代码 
package com.lazy.snail.day24;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

/**
 * @ClassName Day24Demo5
 * @Description TODO
 * @Author lazysnail
 * @Date 2025/6/18 14:42
 * @Version 1.0
 */
public class Day24Demo5 {
    public static void addIntegers(List<? super Integer> list) {
        list.add(1);
        list.add(2);
    }
    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> integerList = new ArrayList<>();
        List<Number> numberList = new ArrayList<>();
        List<Object> objectList = new ArrayList<>();

        addIntegers(integerList);
        addIntegers(numberList);
        addIntegers(objectList);
    }
}

从上面的例子里看出，不管列表是List<Integer>、List<Number>还是List<Object>，你都可以添加一个 Integer对象，这是类型安全的，因为它符合所有这些可能类型的约束。

但是，如果你从List<? super Integer>里读取元素，你没办法确定具体会得到什么类型的对象。

可能是Integer，可能是Number，也可能是Object。

所以，为了类型安全，你只能用Object类型的引用来接收取出来的元素。

java 复制代码 
List<Number> numList = new ArrayList<>();
numList.add(1);
numList.add(2.5);

List<? super Integer> list = numList;
Object o1 = list.get(0);
Integer i1 = list.get(0);

"Integer i1 = list.get(0);"会报编译错误。

所以，下界通配符<? super T>一般都用来安全地写入数据。

五、PECS原则

初学的时候，我们可能不知道什么时候该使用extends，什么时候该使用super。

设计Java集合框架的Joshua Bloch提出了一个很著名的原则：PECS。

Producer Extends：

如果你的方法需要一个泛型集合作为参数，而且这个方法主要是从这个集合里读取（生产）数据，那就用 <? extends T>。

Consumer Super：

如果你的方法主要是往这个集合里写入（添加、消费）数据，那就使用<? super T>。

在Java标准库里，有这样一个方法：Collections.copy()。

这个方法其实就是PECS的具体体现。

来看一下这个方法的源码签名：

java 复制代码 
public static <T> void copy(List<? super T> dest, List<? extends T> src)

参数里的src是数据的生产者 (Producer)。

我们要从src里读取元素，所以用<? extends T>。

这样我们可以从src里安全地取出T和其子类型的对象。

参数里的dest是数据的消费者 (Consumer)。

我们要把元素写入到dest里，所以使用<? super T>。

这样我们就可以安全地把T类型的对象（从src中取出的）添加到dest列表里。

java 复制代码 
package com.lazy.snail.day24;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.Collections;
import java.util.List;

/**
 * @ClassName Day24Demo6
 * @Description TODO
 * @Author lazysnail
 * @Date 2025/6/18 15:23
 * @Version 1.0
 */
public class Day24Demo6 {
    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> src = Arrays.asList(1, 2, 3);
        List<Number> dest = new ArrayList<>();
        dest.add(0.0);
        dest.add(0.0);
        dest.add(0.0);
        Collections.copy(dest, src);
        System.out.println(dest);
    }
}

上面的代码里，我们把一个List<Integer>拷贝到了一个List<Number>里。

dest在这里是List<Number>，符合<? super Integer>。

然后src在这里是List<Integer>，符合<? extends Integer>。

所以Collections.copy才能执行成功。

结语

在Java的集合框架中，大量的使用了泛型以及泛型通配符。

Java的集合框架是Java比较重要的一个版块。

了解及掌握了泛型和通配符对我们后续的集合学习非常有帮助。

下一篇预告

Day25 | 为什么说Java的泛型是伪泛型

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