Java逆变与协变

引子

《Effective Java》中第25条中《列表优于数组》中提到数组是协变的，相反泛型是不可变的

其实用于描述Java类型转换后的继承关系一共有三种，协变，逆变，不可变

其定义为：

如果A、B表示类型 f(⋅) 表示类型转换，≤ 表示继承关系（比如，A≤B 表示A是由B派生出来的子类）；

• f(⋅) 是逆变（contravariant）的，当A≤B时有f(B)≤f(A)成立

• f(⋅) 是协变（covariant）的，当A≤B时有f(A)≤f(B)成立

• f(⋅) 是不变（invariant）的，当A≤B时上述两个式子均不成立，即f(A)与f(B)相互之间没有继承关系

协变

数组是协变的，那就意味着String是Object的子类，则String[] 是 Object[]的子类，但是会有一个问题：

    Object[] objArray = new Integer[1];
    objArray[0] = "a string";

这段代码是合法的，但是在运行时就会因为类型不符报错

不可变

泛型是不可变的，这意味着

    ArrayList<Object> objArray = new ArrayList<Object>();
    objArray.add("a string");

是无法通过编译的。根据不可变的定义，ArrayList<Object> 和 ArrayList<String>没有继承关系

这样的设计是为了保证类型安全，根据《Effective Java》中的说法：

    // Why generic array creation is illegal - won't compile
    List<String>[] stringLists = new ArrayList<String>[1]; // (1)
    List<Integer> intList = Arrays.asList(42);             // (2)
    Object[] objects = stringLists;                        // (3)
    objects[0] = intList;                                  // (4)
    String s = stringLists[0].get(0);                      // (5)

假设(1)是编译正确的，那么在(5)的时候就必然会出现类型不匹配，因为它尝试把整型赋值给字符类型的

泛型类型中利用通配符(extends/super)来实现协变和逆变

List<? extends Fruit> 表明每个item是Fruit/Fruit的子类，这其实表明了泛型的上线，实现了协变

同样，List<? super Fruit> 表明每个item都是Fruit/Furit的基类，这表明了泛型的下线，实现了逆变

泛型的协变/逆变使用依靠着一个PECS原则，即Provider Extends Consumer Super

还以List为例：

    // 前提为Apple为Fruit的派生子类
    List<? extends Fruit> list = new ArrayList<Apple>();
    list.add(new Apple());

这样的写法是无法通过编译的，会提示类型不符，因为? extends Furit表明了Furit或者Furit的派生子类。如果我们存入Apple，在get时强转为Apple自然是不会有问题，但是如果我存入Banana，同样是水果，那么在get时就会报错，这样是类型不安全的

泛型通过擦除来实现的，? extends Furit在编译阶段只是一个标记，和数组具体化类型是不一样的

那么作为一个Consumer，应当使用super

   // 前提为Apple为Fruit的派生子类
    List<? super Fruit> list = new ArrayList<Food>();
    list.add(new Apple());

这段代码是编译通过的，只要类型要求是Fruit/Fruit的基类，那么存入的类型必定可以强转为Fruit/Fruit的基类，是类型安全的