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问题

Java 泛型 <? super T> 中 super 怎么 理解？与 extends 有何不同？

回答
在 Java 泛型中，`` 和 `` 语法看起来相似，但它们代表的是截然不同的类型关系和使用场景。理解它们之间的差异，关键在于把握 Java 泛型中的“生产者消费者模型”以及它们对类型参数的“协变性”和“逆变性”的支持。

我们一步一步来拆解，让你彻底明白 `super` 的含义，以及它与 `extends` 的区别。

基础概念回顾：Java 泛型与类型擦除

在深入 `super` 和 `extends` 之前，先简单回顾一下 Java 泛型的基础。Java 泛型主要是为了在编译时提供类型安全，它允许我们编写可以适用于多种类型的类、接口和方法。然而，Java 的泛型是通过“类型擦除”来实现的，这意味着在运行时，泛型类型信息会被擦除，转换成原始类型（通常是 `Object` 或其父类）。这是理解 `super` 和 `extends` 行为的关键背景。

``：生产者模式的协变性

我们先从大家可能更熟悉的 `` 开始，因为它在实际开发中更常见，也更容易理解其核心思想。

核心思想：

`` 表示一个类型参数，它可以是 `T` 类型本身，或者是 `T` 的任何子类。

比喻：

想象你有一个工厂，它生产各种颜色的水果。你可以接受一个订单，这个订单要求你提供“任何一种会开花的植物”。这个植物可以是：

一棵苹果树（苹果树是植物的子类）
一棵桃树（桃树是植物的子类）
一朵玫瑰花（玫瑰花是植物的子类）
甚至就是一棵植物本身（如果 `T` 是 `Plant` 类）

但是，你不能要求工厂生产“任何一种会吃的东西”，因为“会吃的东西”比“植物”的范围更广，可能会包含动物、人类等等，而工厂只能生产植物。

为什么叫“生产者”？

当你有一个 `List`（例如 `List` 或 `List`）时，你只能从这个列表中读取（get）数据，并且读取出来的数据类型会被视为 `Fruit`。你不能向这个列表中添加（add）任何东西，除非是 `null`。

思考一下为什么：

如果你有一个 `List`，它里面只能放苹果。
如果你有一个 `List`，它里面只能放橙子。
如果你有一个 `List`，你不知道里面具体是苹果还是橙子，或者其他 `Fruit` 的子类。

如果你尝试往这个列表中添加一个 `Apple` 呢？万一这个列表实际上是 `List`，你放一个苹果进去就会破坏类型安全。因此，编译器为了保证安全，不允许向 `` 类型的集合中添加任何非 `null` 的元素。

“协变性”（Covariance）：

`` 表现出的是“协变性”。这意味着如果 `Apple` 是 `Fruit` 的子类，那么 `List` 就被认为是 `List` 的一个“更具体的”类型。你可以将 `List` 赋值给 `List` 变量。

```java
List apples = new ArrayList<>();
apples.add(new Apple());

List fruits = apples; // 这是合法的！因为 Apple extends Fruit

// fruits.add(new Apple()); // 编译错误！不能添加 Apple

Fruit fruit = fruits.get(0); // 这是合法的，获取的是 Fruit 类型
```

总结 ``：

读：安全，可以读取 `T` 类型或 `T` 的任何子类型。
写：不安全，除了 `null`，不能添加任何元素。
场景：当你需要从一个集合中读取数据，并且不关心其具体子类型时使用。例如，一个打印列表中所有水果的方法。

``：消费者模式的逆变性

现在我们来看 ``，它与 `` 的方向是相反的。

核心思想：

`` 表示一个类型参数，它可以是 `T` 类型本身，或者是 `T` 的任何父类。

比喻：

还是那个水果工厂的例子。现在你提出一个要求，你需要一个“能装下任何一种水果的容器”。这个容器可以是：

一个普通的“水果筐”（`Fruit` 类型）—— 它可以装苹果、橙子、香蕉等等。
一个更大的“杂货筐”（`Thing` 类型，假设 `Thing` 是 `Fruit` 的父类）—— 它可以装水果，也可以装其他东西。
甚至是一个“万能筐”（`Object` 类型）—— 它可以装任何东西。

但是，你不能要求一个“只能装苹果的盒子”（`Apple` 类型），因为你这个容器的目的是要能装下任何一种水果，而 `Apple` 类型只能装苹果，无法满足“任何一种水果”的要求。

为什么叫“消费者”？

当你有一个 `List`（例如 `List` 或 `List`）时，你只能向这个列表中写入（add）数据，并且你只能写入 `T` 类型或者 `T` 的子类型。你不能从这个列表中读取（get）数据，除非是强制转换成 `Object`。

思考一下为什么：

如果你有一个 `List`，你可以在里面添加 `Apple`、`Orange`。
如果你有一个 `List`，你可以在里面添加任何东西。
如果你有一个 `List`，你不知道里面具体是 `Fruit` 还是 `Object`，或者其他 `Apple` 的父类。

如果你尝试从这个列表中读取一个元素呢？万一这个列表实际上是 `List`，你读取出来的是一个 `String`，然后你以为它是 `Apple` 并且尝试调用 `Apple` 特有的方法，就会发生运行时错误。因此，编译器为了保证安全，不允许从 `` 类型的集合中读取任何具体类型（除了 `Object`，因为所有东西都是 `Object` 的子类）。

“逆变性”（Contravariance）：

`` 表现出的是“逆变性”。这意味着如果 `Apple` 是 `Fruit` 的子类，那么 `List` 就被认为是 `List` 的一个“更宽泛的”类型。你可以将 `List` 赋值给 `List` 变量。

```java
List fruits = new ArrayList<>();
fruits.add(new Apple());
fruits.add(new Orange());

List applesContainer = fruits; // 这是合法的！因为 Fruit super Apple

applesContainer.add(new Apple()); // 这是合法的！可以添加 Apple

// Apple apple = applesContainer.get(0); // 编译错误！不能确定是 Apple

Object obj = applesContainer.get(0); // 这是合法的，获取的是 Object 类型
```

总结 ``：

读：不安全，除了 `Object`，不能读取任何具体类型。
写：安全，可以写入 `T` 类型或 `T` 的任何子类型。
场景：当你需要向一个集合中写入数据，并且不关心其具体父类型时使用。例如，一个接收并处理任何类型水果的方法。

核心对比：`extends` vs. `super`

| 特性 | `` (Producer) | `` (Consumer) |
| : | : | : |
| 类型范围 | `T` 或 `T` 的子类 | `T` 或 `T` 的父类 |
| 主要操作 | 读取 (Get) | 写入 (Add) |
| 读操作安全 | 安全，读取结果为 `T` | 不安全，只能读取为 `Object` |
| 写操作安全 | 不安全，除 `null` 外不能写入 | 安全，可以写入 `T` 或其子类 |
| 子类关系 | 协变 (Covariance): `List` 是 `List` 的一种 | 逆变 (Contravariance): `List` 是 `List` 的一种 |
| 记忆方法 | Extends > Extra（读取更多子类信息） | Super > Super（写入更多父类信息） |

实际应用场景：一个更具体的例子

想象你有两个方法：

1. 一个方法负责打印一个水果列表：

```java
public void printFruits(List fruits) {
for (Fruit fruit : fruits) {
System.out.println(fruit.getName()); // 假设 Fruit 有 getName() 方法
}
}
```
这里我们使用 ``，因为我们只需要从列表中读取 `Fruit` 对象来打印，不关心列表中具体是苹果还是橙子。

2. 一个方法负责为所有水果添加甜味剂（假设有一个 `addSweetener` 方法）：

```java
public void addSweetenerToFruits(List apples) {
// 这里的 apples 可能是 List, List, List 等
// 但我们可以确定的是，里面可以安全地放 Apple 对象
apples.add(new Apple()); // 假设 Apple 有子类 Peach，这里不能添加 Peach
// 但是，如果你这里是 List，你就可以添加 Apple 或 Orange
// 这里例子以 List 为例，只允许添加 Apple 或其子类
// 假设我们有一个子类 FujiApple extends Apple
// apples.add(new FujiApple()); // 如果我们使用 List，这是允许的
}
```
这里的例子可能有点拗口，我们换一个更清晰的场景。

更经典的 `` 场景是用于 排序 或 比较器。

```java
// 比较器接口，定义了 compare 方法
public interface Comparator {
int compare(T o1, T o2);
}

// 一个排序方法，需要一个比较器
public static void sort(List list, Comparator c) {
// ... 排序逻辑 ...
}

// 示例使用
List apples = new ArrayList<>();
// ... 添加 Apple 对象 ...

// 我们可以提供一个 Apple 的比较器
Comparator appleComparator = Comparator.comparing(Apple::getWeight); // 假设 Apple 有 getWeight()

// 将 Apple 的比较器用于 Apple 列表的排序
sort(apples, appleComparator); // 这里的 可以匹配到 Comparator

// 假设我们还有 Orange 类，并且 Orange 是 Fruit 的子类
// List fruits = new ArrayList<>();
// fruits.add(new Apple());
// fruits.add(new Orange());
// Comparator fruitComparator = Comparator.comparing(Fruit::getTaste); // 假设 Fruit 有 getTaste()
// sort(fruits, fruitComparator); // 这里的 可以匹配到 Comparator

// 重点来了：如果我们有一个比较器，它只能比较 Apple
Comparator onlyAppleComparator = new Comparator() {
@Override
public int compare(Apple o1, Apple o2) {
return o1.compareTo(o2); // 假设 Apple 实现 Comparable
}
};

// 如果我们将这个 onlyAppleComparator 传给 sort 方法处理一个 Fruit 列表
// List fruits = new ArrayList<>();
// fruits.add(new Apple());
// sort(fruits, onlyAppleComparator); // 编译错误！因为 onlyAppleComparator 只能比较 Apple，而 fruits 可能是 Apple 或 Orange

// 但是，如果我们有一个 List 列表，并且我们有一个能比较 Apple 或其父类的比较器
// 比如 Comparator objComparator = ... 这是一个不常见的场景，因为 Object 没有可以比较的属性
// 更常见的是：如果我们要对一个 Apple 列表，使用一个可以比较 Fruit 的比较器
// List apples = new ArrayList<>();
// Comparator fruitComp = ...
// sort(apples, fruitComp); // 这个是合法的！因为 Comparator 可以处理 List 的排序

```
在 `sort(List list, Comparator c)` 方法中：
`List list`：接收一个 `T` 类型或其子类的列表。
`Comparator c`：接收一个比较器，这个比较器可以比较 `T` 本身，或者可以比较 `T` 的任何父类。

这是因为 `sort` 方法在内部使用比较器时，它会调用 `c.compare(o1, o2)`。而 `o1` 和 `o2` 的类型是 `T`。为了安全，`compare` 方法的参数类型 `T` 必须是 `Comparator` 的类型参数 `U` 的子类（即 `T extends U`）。

反过来理解就是，`Comparator` 的 `compare(T o1, T o2)` 方法是“消费者”，它接收 `T` 作为参数。当 `sort` 方法需要一个 `Comparator` 来处理 `List` 时，它可以接受 `Comparator`（因为 `Apple` 是 `Apple` 的父类），也可以接受 `Comparator`（因为 `Fruit` 是 `Apple` 的父类），甚至 `Comparator`。

这就是 `` 的精髓所在：当你需要一个可以“接收”某种类型及其子类型（作为其处理对象）的功能时，你使用的类型参数就是 ``。

总结与类比

``：
名字：Extends 强调的是子类关系。
用途：表示一个类型是 `T` 或 `T` 的子类。
行为：生产者模式。可以从中使用 `T` 类型的值。只能读取。
类比：一个进出站口，你只能从里面拿出（读取）指定货物（`T` 或其子类），但不能往里面放新的货物。它就像一个只出不进的传送带。
常见场景：接收一个集合用于迭代、打印、过滤。

``：
名字：Super 强调的是父类关系。
用途：表示一个类型是 `T` 或 `T` 的父类。
行为：消费者模式。可以将 `T` 类型的值放入其中。只能写入。
类比：一个仓库或容器，你可以往里面放入指定货物（`T` 或其子类），但你无法确定里面拿出来的具体是什么（只能知道是 `Object` 或 `T` 的某个父类）。它就像一个只进不出的传送带。
常见场景：接收一个集合用于添加元素，或者作为参数传递给一个期望接收特定类型或其父类型的方法（如比较器）。

理解 `` 的关键在于它允许你将更“具体”的类型（`T` 或 `T` 的子类）传递给一个期望更“宽泛”的类型（`T` 或 `T` 的父类）的方法或集合。这是一种逆向的类型兼容性，在设计允许输入参数灵活性的 API 时非常有用。

网友意见

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省去术语，目的是让读者先明白。

java是单继承，所有继承的类构成一棵树。

假设A和B都在一颗继承树里（否则super，extend这些词没意义）。

A super B 表示A是B的父类或者祖先，在B的上面。

A extend B 表示A是B的子类或者子孙，在B下面。

由于树这个结构上下是不对称的，所以这两种表达区别很大。假设有两个泛型写在了函数定义里，作为函数形参（形参和实参有区别）：

1) 参数写成：T<? super B>，对于这个泛型，?代表容器里的元素类型，由于只规定了元素必须是B的超类，导致元素没有明确统一的“根”（除了Object这个必然的根），所以这个泛型你其实无法使用它，对吧，除了把元素强制转成Object。所以，对把参数写成这样形态的函数，你函数体内，只能对这个泛型做插入操作，而无法读

2) 参数写成： T<? extends B>，由于指定了B为所有元素的“根”，你任何时候都可以安全的用B来使用容器里的元素，但是插入有问题，由于供奉B为祖先的子树有很多，不同子树并不兼容，由于实参可能来自于任何一颗子树，所以你的插入很可能破坏函数实参，所以，对这种写法的形参，禁止做插入操作，只做读取


具体请看 《effective java》里，Joshua Bloch提出的PECS原则

java - What is PECS (Producer Extends Consumer Super)?

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