Java泛型之协变与逆变
Java中的泛型有两个重要特性：不可变性（invariance）和类型擦除（type erasure）。这两个概念在理解和使用泛型时非常重要。以下是对这两个特性的详细解释：
不可变性（Invariance）
在Java泛型中，不可变性意味着泛型类型是严格的，不会自动适应其子类或父类。举个例子：
List<Number> numberList = new ArrayList<>();
List<Integer> integerList = new ArrayList<>();
numberList = integerList; // 编译错误
上面的代码中，即使Integer是Number的子类，但是List并不是List的子类型。这就是不可变性。你不能将List赋值给List，因为泛型类型是不变的。
为了解决这种问题，Java提供了通配符来处理类型的协变和逆变：
List<? extends Number> numberList = new ArrayList<>();
List<Integer> integerList = new ArrayList<>();
numberList = integerList; // 允许
使用? extends Number表示可以赋值给任何Number的子类的列表。类似地，? super Integer表示任何Integer的父类的列表。
类型擦除（Type Erasure）
类型擦除是指在编译过程中，Java编译器会移除所有的泛型类型信息。这意味着在运行时，泛型类型的信息是不可用的。
例如：
List<String> stringList = new ArrayList<>();
stringList.add("hello");
String str = stringList.get(0);
在编译时，stringList的类型是List，但是在运行时，类型信息被擦除，stringList变成了List。编译器在编译时插入了类型转换代码，以确保类型安全：
String str = (String) stringList.get(0);
类型擦除带来了一些限制，比如你不能在运行时获取泛型类型信息，也不能创建泛型类型的实例或数组：
List<String>[] listArray = new List<String>[10]; // 编译错误
理解这两个概念对于正确使用Java泛型非常重要。不可变性确保了类型安全性，而类型擦除则是Java泛型实现的一部分，确保与Java旧版本的兼容性。
Java泛型中的逆变（contravariance）指的是允许使用某个泛型类型的超类型来替代该泛型类型。逆变通过通配符 ? super T 实现，表示接受 T 类型或 T 类型的任何超类型。这个概念主要用于写操作，确保我们可以向集合中添加元素。
逆变的示例
假设我们有以下类层次结构：
class Animal { }
class Dog extends Animal { }
class Cat extends Animal { }
我们定义一个逆变的集合：
List<? super Dog> animals = new ArrayList<Animal>();
这个声明表示 animals 可以是 Dog 的任何超类型的列表，例如 List 或 List。
使用逆变的场景
逆变主要用于写入的场景，因为你可以确保向集合中添加的元素是 Dog 类型或其子类型。例如：
animals.add(new Dog()); // 允许
animals.add(new Puppy()); // 允许，假设 Puppy extends Dog
但是，不能从逆变的集合中读取特定类型的元素，因为编译器无法确定从集合中读取的元素的具体类型，只能确定是某种类型的 Object。
Dog dog = animals.get(0); // 编译错误
Object obj = animals.get(0); // 允许
示例：逆变接口
假设我们设计一个处理动物的接口：
interface AnimalHandler<T> {
void handle(T animal);
}
我们可以实现这个接口：
class DogHandler implements AnimalHandler<Dog> {
@Override
public void handle(Dog dog) {
System.out.println("Handling a dog");
}
}
利用逆变，我们可以定义一个方法，接受任何类型的 AnimalHandler：
public class Zoo {
public static void processAnimal(AnimalHandler<? super Dog> handler, Dog dog) {
handler.handle(dog);
}
public static void main(String[] args) {
DogHandler dogHandler = new DogHandler();
Dog dog = new Dog();
processAnimal(dogHandler, dog); // Handling a dog
}
}
在这个示例中，processAnimal 方法接受一个 AnimalHandler，意味着我们可以传入处理 Dog 的任何超类型的处理器，例如 AnimalHandler 或 AnimalHandler。
总结
逆变（? super T）为我们处理泛型集合提供了更大的灵活性，尤其是在进行写入操作时。在 Java 的泛型机制中，使用逆变可以让我们向集合中添加类型为 T 或 T 的子类型的元素，同时保持类型的安全性。
具体来说，逆变的作用是允许我们将一个泛型对象限制为某个类型 T 的超类型，这意味着我们可以对集合执行的操作是"写入"，而不是"读取"。由于编译器知道该集合至少能容纳类型 T 的对象及其子类型，因此可以安全地向集合中插入 T 类型的元素。而这种灵活性在泛型设计中尤其有用，因为它允许代码在处理继承层次结构时适应不同层级的类型，而不需要过多地关注具体类型。