List<Animal> – это List, к которому вы можете добавить любой Animal (или null), и все, что вы из него уберете, будет Animal.

List<? extends Animal> — это список, который содержит только определенный подкласс Animal (или null), и вы не знаете, какой именно; это позволяет вам рассматривать все, что вы берете из него, как Animal, но вам не разрешено ничего к нему добавлять (кроме буквального null).

List<? extends Animal> не может действовать как List<Animal>, потому что это позволит вам сделать следующее:

List<Cat> listOfCats = new ArrayList<>();
List<? extends Animal> listOfSomeAnimals = listOfCats;  // Fine.
List<Animal> listOfAnimals = listOfSomeAnimals;  // Error, pretend it works.
listOfAnimals.add(new Dog());

Теперь, поскольку listOfCats, listOfSomeAnimals и listOfAnimals — это один и тот же список, Dog было добавлено к listOfCats. Как таковой:

Cat cat = listOfCats.get(0);  // ClassCastException.

Потому что List<? extends Animal> разрешил бы любой подкласс Animal. List просто разрешил бы объекты класса Animal.

В List<? extends Animal> также разрешены такие объекты, как кошка или собака. Если вы инициируете это с помощью чистого списка собак, вы не сможете сказать извне, что это не разрешено, и поэтому оно не скомпилируется.

Ко-, контра- и инвариантность в Java

Речь идет о Со-, Контра- и Инвариантности. Ковариантность говорит нам о том, что мы можем убрать, контравариантность — о том, что мы можем добавить, а инвариантность — о том и другом.

Инвариантность

List<Animal> является инвариантным. Вы можете добавить любое Животное, и вы гарантированно получите любое Животное — get(int) дает нам Animal, а add(Animal) должно принять любое Животное. Мы можем поместить Животное, мы получим Животное.

List<Animal> animals = new ArrayList<Dog>() является ошибкой компилятора, поскольку он не принимает Animal или Cat. get(int) по-прежнему дает нам только животных (в конце концов, собаки — это животные), но не принимать других — это нарушение условий сделки.

List<Animal> animals = new ArrayList<Object>() также является нарушителем условий сделки. Да, он принимает любое животное (мы можем поставить Животных), но дает нам Объекты.

Контравариантность

List<? super Dog> является контравариантным. Мы можем только ввести собак, ничего не сказано о том, что мы получим. Таким образом, мы получаем Object.

List<? super Dog> dogs = new ArrayList<Animal>(); это работает, потому что мы можем поместить в него собаку. А Животные — это Объекты, поэтому мы можем доставать объекты.

List<? super Dog> dogs = new ArrayList<Animal>();
// dogs.add(new Animal()); // compile error, need to put Dog in
dogs.add(new Dog());
Object obj = dogs.get(0);
// Dog dog = dogs.get(0); // compile error, can only take Object out

Ковариация

List<? extends Animal> является ковариантным. Вы гарантированно получите животное.

List<? extends Animal> animals = new ArrayList<Cat>(); работает, потому что кошки — это животные, а get(n) дает вам животных. Конечно, все они кошки, но кошки — животные, так что это работает нормально.

Однако добавлять элементы сложнее, поскольку на самом деле у вас нет типа, который вы можете вставить:

List<? extends Animal> animals = new ArrayList<Cat>();
//animals.add(new Cat()); // compile error
//animals.add(new Animal()); // compile error
Animal animal = animals.get(0);

List<? extends Cat> cats = new ArrayList<Animal>(); является ошибкой компилятора, потому что вы можете убрать любое животное, но вы требуете, чтобы единственное, что можно было убрать, это кошки.

Ваш код

static List<? extends Animal> foo() {
    List<Dog> dogs = new ArrayList<>();
    return dogs;
}

Здесь все в порядке. foo() – это список, из которого вы можете выносить животных. Вы, конечно, Поскольку Собаки - Животные, и вы можете убить Собак, вы можете убить Животных. Все, что вы уберете из Списка, гарантированно будет Животным.

List<Animal> dogs = Main.foo(); // compile error

Вы говорите, что dogs — это список, в который вы можете вставить любое Animal, и вы гарантированно получите животных. Последняя часть проста, да, вы гарантированно получите Животных, вот что означает ? extends Animal. Но вы не можете вставлять произвольные Животные. Вот почему это не работает.