[改善Java代码]警惕泛型是不能协变和逆变的

什么叫做协变(covariance)和逆变(contravariance)?

在变成语言的类型框架中,协变和逆变是指宽类型和窄类型在某种情况下(如参数,泛型,返回值)替换或交换的特性,简单的说,协变是用一个窄类型替换宽类型,而逆变则是用宽类型覆盖窄类型.

协变:宽类型------>窄类型

逆变:窄类型------>宽类型

class Base{
    public Number doStuff(){
        return 0;
    }
}

class Sub extends Base{
    @Override
    public Integer doStuff(){
        return 0;
    }
}

子类的 doStuff 方法返回值的类型比父类方法要窄（Integer extend Number），此时 doStuff 方法就是一个协变方法，同时根据 Java 的覆写定义来看，这又属于覆写。那什么是逆变呢？代码如下：

class Base{
    public void doStuff(Integer i){    
    }
}

class Sub extends Base{
    public void doStuff(Number n){    
    }
}

子类的 doStuff 方法的参数类型比父类要宽，此时就是一个逆变方法，子类扩大了父类方法的输入参数，但是根据覆写定义来看，doStuff 不属于覆写，只是重载而已。

由于此时的doStuff方法已经与父类没有任何关系了,只是子类独立扩展出的一个行为,所以是否声明为doStuff方法名意义不大,逆变已经不具有特别的意义了.我们来重点关注一下协变.

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Base base = new Sub();
    }
}

base变量是否发生了协变?是的....发生了协变,base变量是Base类型,它是父类,而其赋值却是子类实例,也就是用窄类型覆盖了宽类型,这也叫做多态(Polymorphism),两者相同含义,在Java世界里,"重复发明"轮子的事情多了去了.

泛型是既不支持协变也不支持逆变.为什么?

(1)泛型不支持协变

数组和泛型很相似,一个是中括号,一个是尖括号,那我们就以数组为参照对象,看代码:

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        //数组支持协变
        Number[] n = new Integer[10];
        //编译不通过，泛型不支持协变
        //List<Number> ln = new ArrayList<Integer>();//报错
        //Type mismatch: cannot convert from ArrayList<Integer> to List<Number>
    }
}

ArrayList是List的子类型,Integer是Number的子类型,里氏替换原则在此行不通了,原因就是Java为了保证运行期的安全性,必须保证泛型参数类型是固定的.

所以它不允许一个泛型参数可以同时包含两种类型,即使是父子类关系也不行.

泛型不支持协变,但可以使用通配符(Wildcard)模拟协变.代码如下:

        //Number的子类型都可以是泛型参数类型
        List<? extends Number> ln = new ArrayList<Integer>();

"? extends Number" 表示的意思是,允许Number所有的子类(包括自身)作为泛型参数类型,但在运行期只能是一个具体类型,或者是Integer或者是Double类型,

或者是Number类型,也就是说通配符只是在编码期有效,运行期必须是一个确定类型.

(2)泛型不支持逆变

Java虽然可以允许逆变存在,单在对类型赋值上是不允许逆变的,你不能把一个父类实例对象赋值给一个子类类型变量,泛型自然也不允许此种情况发生了,

但是它可以使用super关键字来模拟实现.代码如下:

        //Integer的父类型(包括Integer)都可以是泛型参数类型
        List<? super Integer>  li = new ArrayList<Number>();

"? super Integer" 的意思是可以把所有Integer父类型(自身,父类或接口)作为泛型参数,这里看着就像是把一个Number类型的ArrayList赋值给了Integer类型的List,
其外观类似于使用一个宽类型覆盖一个窄类型,它模拟了逆变的实现.
泛型既不支持协变也不支持逆变,带有泛型参数的子类型定义与我们经常使用的类类型也不相同,其基本的类型关系如下:

泛型通配符的Q&A
1.Integer是Number的子类型   √
2.ArrayList<Integer>是List<Integer>的子类型  √
3.Integer[] 是Number[] 的子类型   √
4.List<Integer> 是List<Number>的子类型  ×
5.List<Integer> 是List<? extends Integer>的子类型  ×
6.

List<Integer> 是List<? super Integer>的子类型  ×

Java的泛型不支持逆变和协变,只是能够实现逆变和协变.