Java中的逆变与协变

什么是逆变与协变

协变(Covariance)

如果B是A的子类，并且F(B)也是F(A)的子类，那么F即为协变

逆变(Contravariance)

如果B是A的子类，并且F(B)成了F(A)的父类，那么F即为逆变

Java中的逆变与协变

Java中的泛型有逆变和协变两种操作，定义如下：

协变

<? extends A>

B是A的子类，那么List< B >是List<? extends A>的子类

逆变

<? supper A>

B是Ａ的子类，那么List< B >是List<? super A>的父类

Java中逆变与协变的约束

Java的协变逆变及其约束，都是出于对多态的应用。为了后续说明方便，这里先定义一系列的父子类

class Fruit {
    public String returnMeat() {
        return "generic fruit meat";
    }
}

class Apple extends Fruit {
    @Override
    public String returnMeat() {
        return "apple meat";
    }
}

class GreenApple extends Apple {
    @Override
    public String returnMeat() {
        return "green apple meat";
    }
}

多态

Java是支持多态的。如果一个方法的参数接收的是A类型，那么将其子类型作为参数，调用该方法，依然可行。

例如eatFruitMeat方法就能体现多态特性

@Test
    public void test1() {
        eatFruitMeat(new Fruit());//输出eat generic fruit meat
        eatFruitMeat(new Apple());//输出eat apple meat
        eatFruitMeat(new GreenApple());//输出eat green apple meat
    }

    public void eatFruitMeat(Fruit fruit) {
        System.out.println("eat "+fruit.returnMeat());
    }

协变约束

协变方法支持对传入参数的读操作，但不支持修改操作。如下：

@Test
    public void test1() {
        List<GreenApple> greenApples = Lists.newArrayList(new GreenApple());
        List<Fruit> fruits = Lists.newArrayList(new Fruit());
        List<Apple> apples = Lists.newArrayList(new Apple());
        eatFruitMeats(greenApples);
        eatFruitMeats(fruits);//编译错误1
        eatFruitMeats(apples);
    }

    public void eatFruitMeats(List<? extends Apple> fruits) {
        fruits.forEach(fruit->System.out.println("eat "+fruit.returnMeat()));
        fruits.add(new Apple());//编译错误2
        fruits.add(new Fruit());//编译错误3
        fruits.add(new Object());//编译错误4
    }

• 编译错误1: eatFruitMeats方法接受的List<? extends Apple>的子类，显然List<Fruit>不是其子类
• 编译错误2,3,4: eatFruitMeats方法在被调用前，并不知道最终调用方，传递进来的具体是哪一个子类？有可能是List< Apple >，也有可能是List< GreenApple >，所以贸然向其中添加任何对象，都是可能出错，比如你不能把一个Apple对象放进List< GreenApple >。为了防止这些可能的错误，编译器提前进行了约束限制。

逆变约束

逆变主要在写的场景，即只能向逆变容器中添加，下界类型本身或其子类

@Test
public void test1() {
    List<Fruit> fruits = Lists.newArrayList();
    List<Apple> apples = Lists.newArrayList();
    List<GreenApple> greenAppleLists = Lists.newArrayList();

    collectFruits(fruits);
    collectFruits(apples);
    collectFruits(greenAppleLists);//编译错误1
}

public void collectFruits(List<? super Apple> fruits) {
    fruits.add(new Fruit());//编译错误2
    fruits.add(new Apple());
    fruits.add(new GreenApple());
}

• 编译错误1: 由于是逆变，所以List<GreenApple>是List<? super Apple>的父类。所以不能将greenAppleLists作为参数调用collectFruits方法，因为不满足 Java 方法参数的多态性要求，即只能传本类或子类的要求
• 编译错误2: 如果调用方传递的是List< Apple >，那往其中添加父类Fruit对象，在运行时肯定会报错，为了避免这种情况，编译器提前报错。

总结

Java泛型支持协变和逆变，具体在使用时，会有一些约束。这些约束，需要从Java语言的特性，比如多态性，以及运行时安全性去理解。

简单总结协变、逆变参数的方法调用特点如下：

协变参数

• 只接受自己的子类。协变的父子关系，同类原本的父子关系一致。如GreenApple是Apple的子类，List< GreenApple >是List<? extends Apple>的子类
• 对写有约束，只能用于读

逆变参数

• 只接受自己的子类。逆变的父子关系，同类原本父子关系相反。如GreenApple是Apple的子类，List< GreenApple >是List<? super Apple>的父类
• 只能写入下界的子类，本例中，只能向List中写入Apple及Apple的子类

参考链接

https://medium.com/@sinisalouc/variance-in-java-and-scala-63af925d21dc