java 泛型中? extends Class和? super Class的意义和PECS原则

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本文深入探讨Java中泛型的PECS原则，解释为何不能向List<? extends A>添加B类型对象，以及如何利用泛型实现生产者和消费者模式。

最近在读Thinking in Java 的 Generics 章节，主要讲Java中泛型的设计理念和使用方法。

其中，关于通配符和关键字 ? 、extends、super 在泛型中的应用一直没有理清楚头绪，通过Google发现了一个有意思的问题觉得很值得记录一下，所以写下本文。

这个问题是这样的：对于class A{}和class B extends A{}在如下代码中会出现编译错误：

        List<? extends A> list = new ArrayList<>();
        list.add(new B());/* exlipse error:The method add(capture#1-of ? extends A) in the type List<capture#1-of ? extends A> is not applicable for the arguments (B)*/

这个问题很奇怪，向一个List<? extends A>添加一个继承了A的对象B为什么不行？

其实虽然这句话从人的角度上理解是没毛病的，但是对Java来说，List中存放的是什么它在程序运行前完全不知道，他知道的仅仅是List中的东西可以被向上转型为A。

假如，你在运行的时候这个List中存放的是A的另一个子类class C extends A{}（不是B），对于存储C的List是不可以存储B的。

编译器是不允许你的代码在编译的时候出现这种情况的，也就是说，这个List只可以从里面取出数据（A接口）而不可以放里面放入数据。与之相对的是List<? super B>则是一个只可向里面放入数据（B的父类或本身）而不可以取出数据的List。

那么我们现在拥有了一个只读的容器和一个只写的容器，很容易想到，生产者和消费者的实现就通过这两个泛型。

我们通常称之为PECS原则：生产者（Producer）使用extends，消费者（Consumer）使用super。

以下是JDK 8 Collections.copy() source code:

/**
     * Copies all of the elements from one list into another.  After the
     * operation, the index of each copied element in the destination list
     * will be identical to its index in the source list.  The destination
     * list must be at least as long as the source list.  If it is longer, the
     * remaining elements in the destination list are unaffected. <p>
     *
     * This method runs in linear time.
     *
     * @param  <T> the class of the objects in the lists
     * @param  dest The destination list.
     * @param  src The source list.
     * @throws IndexOutOfBoundsException if the destination list is too small
     *         to contain the entire source List.
     * @throws UnsupportedOperationException if the destination list's
     *         list-iterator does not support the <tt>set</tt> operation.
     */
    public static <T> void copy(List<? super T> dest, List<? extends T> src) {
        int srcSize = src.size();
        if (srcSize > dest.size())
            throw new IndexOutOfBoundsException("Source does not fit in dest");

        if (srcSize < COPY_THRESHOLD ||
            (src instanceof RandomAccess && dest instanceof RandomAccess)) {
            for (int i=0; i<srcSize; i++)
                dest.set(i, src.get(i));
        } else {
            ListIterator<? super T> di=dest.listIterator();
            ListIterator<? extends T> si=src.listIterator();
            for (int i=0; i<srcSize; i++) {
                di.next();
                di.set(si.next());
            }
        }
    }