Java 泛型：上界通配符和下界通配符的用途和限制

Java泛型中的上界通配符（<? extends T>）和下界通配符（<? super T>）是两个强大的工具，它们在不同的场景中各自发挥重要作用。理解它们的用途和限制对于编写类型安全且高效的泛型代码至关重要。本文将详细解释为什么上界通配符通常用于只需要读取数据的场景，而下界通配符通常用于只需要写入数据的场景。

1. 上界通配符（`<? extends T>`）

用于只需要读取数据的场景

上界通配符 <? extends T> 表示类型必须是 T 或 T 的子类。在这种情况下，你只能安全地从集合中读取数据，而不能往集合中写入数据。原因如下：

例如，如果 Animal 是 Creature 的子类，而 Cat 又是 Animal 的子类，那么 List<? extends Creature> 可以是 List<Animal> 或 List<Cat>。

class Creature {}
class Animal extends Creature {}
class Cat extends Animal {}

public void method(List<? extends Creature> list) {
    // 可以读取
    for (Creature creature : list) {
        System.out.println(creature);
    }
    // 不可以写入
    list.add(new Animal()); // 编译错误
    list.add(new Cat()); // 仍然编译错误
}

在这个例子中，List<? extends Creature> 可以是 List<Animal>、List<Cat> 等。我们只能读取其中的 Creature 对象，而不能往里面添加任何元素（即使是 Creature 类型的元素），否则会引发编译错误。使用反证法，如果 method 的实参是 new ArrayList<Cat>()，而 method 的形参是可以接受泛型为 Animal 的，那么在方法体中给 List<Cat> 添加 Animal 对象显然是不合适的。因此，编译器禁止了这种写入操作。

2. 下界通配符（`<? super T>`）

用于只需要写入数据的场景

下界通配符 <? super T> 表示类型必须是 T 或 T 的父类。在这种情况下，你只能安全地往集合中写入数据，而不能从集合中读取特定类型的数据。

反证法解释

假设 List<? super Animal> 可以读取为 Animal 类型：

public void method(List<? super Animal> list) {
    Animal animal = list.get(0); // 假设可以读取为 Animal 类型
}

假如 method 方法接受一个 List<Creature> 作为参数：

List<Creature> creatures = new ArrayList<>();
method(creatures);

在方法内部，如果我们尝试将 list.get(0) 读取为 Animal 类型，就会引发类型错误，因为 List<Creature> 可能包含非 Animal 的 Creature 对象。

这种假设会导致类型安全问题，因此编译器禁止从 List<? super Animal> 中读取为 Animal 类型。只能安全地向其中添加 Animal 或其子类对象。

读取数据的限制

只能读取 Object 类型：

public void readObjects(List<? super Cat> list) {
    Object obj = list.get(0); // 可以读取，但类型是 Object
}

下界通配符确保了类型安全，避免了类型不一致的问题。

总结

上界通配符（<? extends T>）：用于只需要读取数据的场景，因为它允许使用 T 的任何子类，但禁止写入数据以保证类型安全。
下界通配符（<? super T>）：用于只需要写入数据的场景，因为它允许向集合中添加 T 及其子类，但读取的数据只能保证是 Object 类型。
上吐下泻：有上限只能读(吐),有下限只能写(泻)