[Java知识库]泛型的逆变与协变 --《JAVA编程思想》 57

我们知道导出类可以向上转型为基类，如：Food 为 Fruit 的基类，则以下代码成立。

 Food food = new Fruit();

假设 Food 和 Fruit 同为 Container 类的泛型参数时，它们之间无法执行类型转换。

尽管持有 Fruit 的 Container 和 持有 Food 的 Container 两者之间存储的泛型参数有继承关系，但从容器类 Container 的角度出发，两个容器之间并无任何关联。

public class Food {}

public class Fruit extends Food{}

public class Container<T> {

    T item;

    public Container(T item) {
        this.item = item;
    }

    public T getItem() {
        return item;
    }

    public void setItem(T item) {
        this.item = item;
    }
    
}

public class ContainerTest {

    public static void main(String[] args) {
        Container<Fruit> fruitContainer = new Container<Fruit>(new Fruit());
        //无法通过编辑
        //Container<Food> foodContainer = fruitContainer;
    }

}

不过我们有时就是想在容器中存储的泛型之间建立继承关系，该怎么办呢？咱们接着往下看。

public class Food {}

public class Meat extends Food {}

public class Fruit extends Food {}

public class Apple extends Fruit {}

public class RedApple extends Apple {}

public class GreenApple extends Apple {}

上述类之间的继承关系如下图。

想在持有泛型的容器类之间建立继承关系，有两种方式，分别是协变和逆变。

根据上述各类之间的继承关系举例，<? extends Fruit> 可以帮助我们将泛型参数向上转换，此时泛型的边界为继承自 Fruit 类的任何类，可以是 Fruit ,也可以是 Apple 或者是 RedApple ，但具体是哪一种类型，无法确定，这种情形被称为协变，协变定义了泛型的上界。

    public static void main(String[] args) {
        Container<? extends Fruit> fruitContainer = new Container<>();
        fruitContainer=new Container<Apple>();
        fruitContainer=new Container<RedApple>();
        //无法通过编译
        //fruitContainer=new Container<Food>();
    }

但协变后的泛型会失去写能力。这是因为无法确定<? extends Fruit> 中持有的是哪种具体类型，我们仅仅知道它源于 Fruit，很显然是无法将 GreenApple 塞入 RedApple 的容器中。

不过读能力不会受到影响，因为知道泛型的上界，便可以安全的向上转型为 Fruit 进行返回。

    public static void main(String[] args) {
        Container<? extends Fruit> fruitContainer = new Container<>();
        fruitContainer = new Container<Apple>();
        Fruit item = fruitContainer.getItem();
        //无论通过编译
        //fruitContainer.setItem(new Apple());
    }

与协变相反的是逆变，逆变能确定的泛型的下界，<? super Fruit> 表示持有的都是 FruIt 或者 Fruit 的超类。

逆变会保留容器的写能力，丧失读能力。

我们往容器内放入 Fruit 及其子类肯定是安全的，它们都可以向上转型为 Fruit。但是无法放入 Food ，因为 Food 可不一定是由 Fruit 转化而来，可能是 Meat ，故无法放入容器。

在读取容器持有类型时，因不能确定其上界，故只能将存储的元素作为 Object 类型取出，无法读取原本的具体类型。

    public static void main(String[] args) {
        Container<? super Fruit> fruitContainer = new Container<>();
        fruitContainer = new Container<Food>();
        fruitContainer.setItem(new Apple());
        fruitContainer.setItem(new RedApple());
        //无法通过编译
        //fruitContainer.setItem(new Food());
        Object item = fruitContainer.getItem();
    }

小结
1.协变用于定义泛型的上界，泛型失去写能力，变为只读。
2.逆变用于定义泛型的下界，泛型失去读能力，变为只写。

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