如何理解 Java 中的 <T extends Comparable<? super T>>
Java 中类似 <T extends Comparable<? super T>> 这样的类型参数 (Type Parameter) 在 JDK 中或工具类方法中经常能看到。比如 java.util.Collections 类中的这个方法声明：
public static <T extends Comparable<? super T>> void sort(List<T> list)
我知道 extends 和 super 这样的关键字在泛型中是干什么的，但对上面这样复杂的类型参数声明着实有点看不懂。
我觉得类型参数 T 写成这样就足够了：
<T extends Comparable<T>>
可 T 偏偏被声明成这样：
<T extends Comparable<? super T>>
搞这么复杂图啥呢？难道 Java 只是高智商人士的玩具？
平常写工具类的机会比较少，上面的方法参数类型看不懂或写不出来问题倒也不大。只要知道怎么调用这些方法，日子就能混过去。我估计像我这样混日子的程序员不少吧。
终于有一天，我觉得有点对不起 Java Developer 这个头衔了，于是认真看了看书，认真 Google 了一下，终于搞明白了这样的类型参数是怎么回事儿。
1 <T extends Comparable<T>> 和 <T extends Comparable<? super T>> 有什么不同
<T extends Comparable<T>>- 类型 T 必须实现
Comparable接口，并且这个接口的类型是 T。只有这样，T 的实例之间才能相互比较大小。例如，在实际调用时若使用的具体类是 Dog，那么 Dog 必须implements Comparable<Dog> <T extends Comparable<? super T>>- 类型 T 必须实现
Comparable接口，并且这个接口的类型是 T 或 T 的任一父类。这样声明后，T 的实例之间，T 的实例和它的父类的实例之间，可以相互比较大小。例如，在实际调用时若使用的具体类是 Dog (假设 Dog 有一个父类 Animal），Dog 可以从 Animal 那里继承Comparable<Animal>，或者自己implements Comparable<Dog>。
2 我对 <T extends Comparable<? super T>> 类型参数的理解
光看上面的定义除了摸不着头脑，不会有其它感觉。下面用代码来说明为什么要这样声明。
2.1 代码运行环境
我使用的 JDK 版本是： 1.8.0_60 ，在 Eclipse 中编译运行。因为注释用了中文，编码采用 UTF-8。如果你要在命令行下编译、运行，编译时要使用 -encoding UTF-8 选项：
javac -encoding UTF-8 TypeParameterTest.java
另外，Eclipse 中的警告、错误信息跟命令行中的不一样（个人感觉 Eclipse 中的信息要好懂一些）。以下的示例以 Eclipse 中的信息为准。
2.2 示例代码
1: package generics3; 2: 3: import java.util.ArrayList; 4: import java.util.Collections; 5: import java.util.List; 6: 7: public class TypeParameterTest 8: { 9: //第一种声明：简单，灵活性低 10: public static <T extends Comparable<T>> void mySort1(List<T> list) 11: { 12: Collections.sort(list); 13: } 14: 15: //第二种声明：复杂，灵活性高 16: public static <T extends Comparable<? super T>> void mySort2(List<T> list) 17: { 18: Collections.sort(list); 19: } 20: 21: public static void main(String[] args) 22: { 23: //在这个方法中要创建一个 Animal List 和一个 Dog List，然后分别调用两个排序方法。 24: } 25: } 26: 27: class Animal implements Comparable<Animal> 28: { 29: protected int age; 30: 31: public Animal(int age) 32: 33: { 34: this.age = age; 35: } 36: 37: //使用年龄与另一实例比较大小 38: @Override 39: public int compareTo(Animal other) 40: { 41: return this.age - other.age; 42: } 43: } 44: 45: class Dog extends Animal 46: { 47: public Dog(int age) 48: { 49: super(age); 50: } 51: }
上面的代码包括三个类：
Animal实现了Comparable<Animal>接口，通过年龄来比较实例的大小Dog继承自Animal。TypeParameterTest类中提供了两个排序方法和测试用的main()方法：mySort1()使用<T extends Comparable<T>>类型参数mySort2()使用<T extends Comparable<? super T>>类型参数main()测试方法。在这个方法中要创建一个Animal List和一个Dog List，然后分别调用两个排序方法
2.3 测试 mySort1() 方法
1: // 创建一个 Animal List 2: List<Animal> animals = new ArrayList<Animal>(); 3: animals.add(new Animal(25)); 4: animals.add(new Dog(35)); 5: 6: // 创建一个 Dog List 7: List<Dog> dogs = new ArrayList<Dog>(); 8: dogs.add(new Dog(5)); 9: dogs.add(new Dog(18)); 10: 11: // 测试 mySort1() 方法 12: mySort1(animals); 13: mySort1(dogs);
Line 13 出编译错误了。Eclipse 说：
The method mySort1(List<T>) in the type TypeParameterTest is not applicable for the arguments (List<Dog>)
为什么会出错误呢？ mySort1() 方法的类型参数是 <T extends Comparable<T>> ，它要求的类型参数是类型为 T 的 Comparable 。
如果传入的是 List<Animal> ，没问题，因为 Animal implements Comparable<Animal> 。
但是，如果传入的参数是 List<Dog> 有问题，因为 Dog 没有 implements Comparable<Dog> ，它只是从 Animal 继承了一个 Comparable<Animal> 。
不知道大家注意到没有，那个 animals list 中实际上是包含一个 Dog 实例的。如果你碰上类似的情况（子类 list 不能传入到一个方法中），可以考虑把子类实例放到一个父类 List 中，避免编译错误。
2.4 测试 mySort2() 方法
1: public static void main(String[] args) 2: { 3: // 创建一个 Animal List 4: List<Animal> animals = new ArrayList<Animal>(); 5: animals.add(new Animal(25)); 6: animals.add(new Dog(35)); 7: 8: // 创建一个 Dog List 9: List<Dog> dogs = new ArrayList<Dog>(); 10: dogs.add(new Dog(5)); 11: dogs.add(new Dog(18)); 12: 13: // 测试 mySort2() 方法 14: mySort2(animals); 15: mySort2(dogs); 16: }
两个方法调用都没有问题。 第二个方法不但可以接受 Animal implements Comparable<Animal> 这样的参数，也可以接收： Dog implements Comparable<Animal> 这样的参数。
2.5 Dog 可以 implements Comparable<Dog> 吗？
如果让 Dog implements Comparable<Dog> 不也可以解决前面的那个编译错误吗？
1: class Dog extends Animal implements Comparable<Dog> 2: { 3: public Dog(int age) 4: { 5: super(age); 6: } 7: }
很不幸，出错了。Eclipse 说：
The interface Comparable cannot be implemented more than once with different arguments: Comparable<Animal> and Comparable<Dog>
就是说，Dog 已经从父类 Animal 那里继承了一个 Comparable ，它不能再实现一个 Comparable 。
如果子类不喜欢父类的实现怎么办？ Override 父类的 public int compareTo(Animal other) 方法。
2.6 <T extends Comparable<? super T>> 类型参数声明的好处
对 Animal/Dog 这两个有父子关系的类来说： <T extends Comparable<? super T>> 可以接受 List<Animal> ，也可以接收 List<Dog> 。 而 <T extends Comparable<T>> 只可以接收 List<Animal>
所以，<T extends Comparable<? super T>> 这样的类型参数对所传入的参数限制更少，提高了 API 的灵活性。总的来说，在保证类型安全的前提下，要使用限制最少的类型参数。
3 其他
3.1 JDK 中的例子
JDK 中这样的例子很多，比如 java.util.Date 和 java.sql.Date 这两个类：
public class Date implements java.io.Serializable, Cloneable, Comparable<Date>
public class Date extends java.util.Date
java.sql.Date是java.util.Date的子类。java.util.Date实现了Comparable<java.util.Date>~，所以 ~java.sql.Date也拥有了Comparable<java.util.Date>类型。java.sql.Date不能再implements Comparable<java.sql.Date>。- 如果你有一个
List<java.sql.Date>并对它排序的话，只能传给拥有<T extends Comparable<? super T>>这种类型参数的方法。
3.2 《Effective Java》 一书对 <T extends Comparable<? super T>> 这种类型参数的解释
这本书使用 Produce-Extends, Consume-Super (PESC) 原则来解释。这个原则不但可以帮你理解复杂的声明，而且可以指导你在定义类型参数时，何时使用 extends ，何时使用 super，有助于你写出复杂的、适应性强的类型参数来。
有兴趣的同学可以看看这本书的 Item 28: Use bounded wildcards to increase API flexibility
3.3 泛型是个脑力活
简单的泛型很好理解很好用，但稍微复杂一点，就变得很难理解。
3.3.1 脑子开窍开大了
在琢磨这个问题时，我脑洞一开，心想，T 这样的东西太一般化，有点摸不着头脑，不好理解。如果把 T 换成一个具体类，应该会好理解。于是我就想出了这样两个声明：
<Dog extends Comparable<Dog>>
<Dog extends Comparable<? super Dog>>
我挺得意，觉得这样先用具体的类理解，然后再换成一般的类型，由具体到一般，多符合逻辑啊！后来发现这样的声明有个大问题，Eclipse 给了个黄色警告：
The type parameter Dog is hiding the type Dog
上面这句话翻译过来就是： 类型参数 Dog 掩盖了 类型 Dog 。
在 <Dog extends Comparable<Dog>> 这个声明中，extends 前面的部分必须是类型参数。类型参数一般用 T，E 这样的大写字母，但也可以是小写或者一个单词（只要是个标识符就行）。所以，Dog 在这里是一个类型参数，不是一个具体类。但我已经创建过一个具体的 Dog 类了。怎么办？类型参数 Dog 赢了，具体类 Dog 暂时靠边站。类似于你有一个实例变量 x 。然后你在一个方法中又声明了一个局部变量也叫 x 。在执行这个方法时，方法中的这个局部变量 x 就暂时掩盖了(shadow) 实例变量 x 。
3.3.2 脑子一点也不开窍
有时候想得多了，脑子就糊涂了，一点儿也不开窍，连简单问题也不明白了。 比如，我可以这样定义一个方法：
public static <T extends Animal> void mySort3(List<T> list) { Collections.sort(list); }
也可以这样定义一个方法：
public static void mySort4(List<? extends Animal> list) { Collections.sort(list); }
第二个方法没有 T ，也能实现跟第一个方法同样的功能，我为什么非得要一个 T 呢？在脑子思虑过度的情况下，进死胡同了。在我准备放狗搜之前，总算想明白了。
第二个方法中，参数是： List<? extends Animal> list 。 这个方法可以接收 List<Animal> ，也可以接收 List<Dog> 。这里没有使用类型参数，只是使用泛型的限定符对所传入的 List 的类型做了一个限定。
而在第一个方法中，使用了一个类型参数 T 。这个 T 可以是 Animal ，也可以是 Animal 的子类 Dog。
在第一个方法中，看不出定义一个类型参数有什么作用。但是，类型参数不但可以在方法参数中使用，也可以在方法返回值和方法体内使用。比如下面这个方法：
1: public <T extends Comparable<? super T>> T test1(T t, List<T> list) 2: { 3: for (T element : list) 4: { 5: if (element.equals(t)) 6: return t; 7: } 8: return null; 9: }
你定义了一个类型参数 T ，这个 T 定义成 ： <T extends Comparable<? super T>> 。定义好之后，你就可以在参数中，返回值中，以及方法体内使用这个 T 了。如果不使用类型参数，是达不到这种效果的。
你也可以定义多个类型参数，并让这些参数之间有关联：
1: public <T, S extends T> T test2(T t, S s) 2: { 3: return s; 4: }
3.3.3 多练习练习
我从 JDK 中找了两段程序，看看能不能看明白。
- 程序一
TreeSet类是这样声明的：1: public class TreeSet<E> extends AbstractSet<E> 2: implements NavigableSet<E>, Cloneable, java.io.Serializable
它有个 constructor 是这样定义的：
1: public TreeSet(Comparator<? super E> comparator) { 2: this(new TreeMap<>(comparator)); 3: }
- 程序二
Collections类的max()方法：1: public static <T> T max(Collection<? extends T> coll, Comparator<? super T> comp) { 2: if (comp==null) 3: return (T)max((Collection) coll); 4: 5: Iterator<? extends T> i = coll.iterator(); 6: T candidate = i.next(); 7: 8: while (i.hasNext()) { 9: T next = i.next(); 10: if (comp.compare(next, candidate) > 0) 11: candidate = next; 12: } 13: return candidate; 14: }
这段程序也展示了类型参数的另一种用法：类型参数本身只是简简单单的
<T>，但在方法参数和方法体中，却以 T 为基础，向上向下进行了扩展：<? super T>，<? extends T>
4 推荐一本书：《SCJP Sun Certified Programmer for Java 6 Exam 310-065》
这本书的作者是：Kathy Sierra 和 Bert Bates，所以此书也被称为“KB书”。从书名上就可以看出这本书是为 SCJP 6 认证考试而写的。因为是认证考试教材，这本书讲的不是很深，有很多方面也没有涉及到。但这本书对 Java 基本概念的讲解非常透彻而又不啰嗦。它不但是认证宝典中的宝典，而且也非常适合已经入门的 Java 程序员阅读。这本书现在有 Java 7 的版本，不知道以后会不会出 Java 8 版本。如果出的话，我会去买一本。
