Effective Java笔记（31）利用有限制通配符来提升 API 的灵活性

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原创最新推荐文章于 2026-08-01 10:20:21 发布 867 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

《Effective Java 中文版》读书笔记本书分为12章共90个条目，涵盖了Java 5.0/6.0/ 7.0/ 8.0/9.0的种种技术要点。与第2版相比，本书删除了“C语言结构的替代”一章，增加了Java 7及之后所引入的新特性: Lambda表达式、Stream、 Optional 类、接口中的默认方法、try-with-resources、@SafeVarargs注解、Module 模块化。数量上从78个条目发展到了90个，不仅增加了12个条目，并对原来的所有资料都进行了全面的修改，删去了一些已经过时的条目。但是，各章之间并没有严格的前后顺阅读详情

参数化类型是不变的（ invariant ）。换句话说，对于任何两个截然不同的类型 Typel 和 Type2 而言， List<Type1 ＞既不是 List<Type 2 ＞的子类型，也不是它的超类型。虽然 L ist<String＞不是 List<Object＞的子类型，这与直觉相悖，但是实际上很有意义。你可以将任何对象放进一个List<Object＞中，却只能将字符串放进 List<String＞中。由于 List<String＞不能像 List<O句ect> 能做任何事情，它不是一个子类型。

有时候，我们需要的灵活性要比不变类型所能提供的更多。比如第 29 条中的堆楼。提醒一下，下面就是它的公共 API：

public class Stack<E> {
    public Stack();
    public void push(E e);
    public E pop();
    public boolean isEmpty();
}

假设我们想要增加一个方法，让它按顺序将一系列的元素全部放到堆枝中。第一次尝试如下：

public void pushAll(Iterable<E> src) {
    for(E e : src)
        push(e);
}

这个方法编译时正确无误，但是并非尽如人意。如果 Iterable 的 src 元素类型与堆栈的完全匹配，就没有问题。但是假如有一个 Stack<Number＞，并且调用了 push (intVal),这里的工ntVal 就是 Integer 类型。这是可以的，因为 Integer 是 Number 的一个子类型。因此从逻辑上来说，下面这个方法应该可行：

Stack <Number> numberStack = new Stack<>() ;
Iterable<Integer> integers = ...;
numberStack. pushAll(integers);

但是，如果尝试这么做，就会得到下面的错误消息，因为参数化类型是不可变的：

幸运的是，有一种解决办法。Java 提供了一种特殊的参数化类型，称作有限制的通配符类型（bounded wildcard type ），它可以处理类似的情况。pushAll 的输入参数类型不应该为“ E 的 Iterable 接口”，而应该为“ E 的某个子类型的 Iterable 接口”通配符类型Iterable<?extends E ＞正是这个意思。（使用关键字 ex ten也有些误导：回忆一下第29 条中的说法，确定了子类型（ subtype ）后，每个类型便都是自身的子类型，即使它没有将自身扩展。）我们修改一下 pushAll 来使用这个类型：

public void pushAll(Iterable<? extends E> src) {
    for(E e : src)
        push(e);
}

修改之后，不仅 Stack 可以正确无误地编译，没有通过初始的 pushAll 声明进行编译的客户端代码也一样可以。因为 Stack 及其客户端正确无误地进行了编译，你就知道一切都是类型安全的了。

现在假设想要编写一个 pushAll 方法，使之与 popAll 方法相呼应。popAll 方法从堆校中弹出每个元素，并将这些元素添加到指定的集合中。初次尝试编写的 popAll 方法可能像下面这样：

public void popAll(Col1ection<E> dst) {
    while (!isEmpty())
        dst.add(pop());
}

此外，如果目标集合的元素类型与堆栈的完全匹配，这段代码编译时还是会正确无误，并且运行良好。但是，也并不意味着尽如人意。假设你有一个 Stack<Number ＞和 Object 类型的变量。如果从堆校中弹出一个元素，并将它保存在该变量中，它的编译和运行都不会出错，那你为何不能也这么做呢？

Stack<Number> numberStack = new Stack<Number>() ;
Collection<Object> objects = ...;
numberStack.popAll(objects) ;

如果试着用上述的 popAll 版本编译这段客户端代码，就会得到一个非常类似于第一次用 pushAll 时所得到的错误：Collection<Object ＞不是 Collection<Number>的子类型。这一次通配符类型同样提供了一种解决办法。popAll 的输入参数类型不应该为“ E 的集合”，而应该为“ E 的某种超类的集合”（这里的超类是确定的，因此 E 是它自身的一个超类型）。仍有一个通配符类型正符合此意：Collection<? super E ＞。让我们修改 popAll 来使用它：

public void popAll(Collection<? super E> dst) {
    while (!isEmpty())
        dst.add(pop();
}

做了这个变动之后，Stack 和客户端代码就都可以正确无误地编译了。

结论很明显：为了获得最大限度的灵活性，要在表示生产者或者消费者的输入参数上使用通配符类型 。如果某个输入参数既是生产者，又是消费者，那么通配符类型对你就没有什么好处了：因为你需要的是严格的类型匹配，这是不用任何通配符而得到的。

下面的助记符便于让你记住要使用哪种通配符类型：

PECS 表示 producer-extends，consumer－super 。

换句话说，如果参数化类型表示一个生产者 T ，就使用＜？ extends T ＞；如果它表示一个消费者 T ，就使用＜？ super T ＞。在我们的 Stack 示例中，pushAll 的 src 参数产生 E 实例供 Stack 使用，因此 src 相应的类型为 Iterable<? extends E> ; popAll的 dst 参数通过 Stack 消费 E 实例，因此 dst 相应的类型为 Collection<? s uper E ＞。PECS 这个助记符突出了使用通配符类型的基本原则。Naftalin 和 Wadler 称之为 Get αnd Put Principle。

如果使用得当，通配符类型对于类的用户来说几乎是无形的。它们使方法能够接受它们应该接受的参数，并拒绝那些应该拒绝的参数。 如果类的用户必须考虑通配符类型，类的API 或许就会出错 。

一般来说， 如果类型参数只在方法声明中出现一次，就可以用通配符取代它 。如果是无限制的类型参数，就用无限制的通配符取代它；如果是有限制的类型参数，就用有限制的通配符取代它。

总而言之，在 API 中使用通配符类型虽然比较需要技巧，但是会使 API 变得灵活得多。如果编写的是将被广泛使用的类库，则一定要适当地利用通配符类型。记住基本的原则：producer-extends,consumer-super(PECS ）。还要记住所有的 comparable 和comparator 都是消费者。

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