Java 泛型的逆变与协变：深入理解类型安全与灵活性

泛型是 Java 中强大的特性之一，它提供了类型安全的集合操作。然而，泛型的类型关系（如逆变与协变）常常让人感到困惑。

本文将深入探讨 Java 泛型中的逆变与协变，帮助你更好地理解其原理和应用场景。

一、什么是协变与逆变？

1. 协变（Covariance）

协变是指子类型关系在泛型中得以保留。

• 例如，如果 Cat 是 Animal 的子类，那么 List 可以被视为 List 的子类型。

2. 逆变（Contravariance）

逆变是指子类型关系在泛型中反转。

• 例如，如果 Cat 是 Animal 的子类，那么 List 可以被视为 List 的父类型。

二、Java 中的协变与逆变

1. 数组的协变

Java 中的数组是协变的。例如：

Animal[] animals = new Cat[10]; // 合法

然而，这种协变可能会导致运行时异常：

animals[0] = new Dog(); // 编译通过，但运行时抛出 ArrayStoreException

2. 泛型的不变性

Java 的泛型是不变的。例如：

List<Animal> animals = new ArrayList<Cat>(); // 编译错误

这种设计是为了保证类型安全。

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三、使用通配符实现协变与逆变

1. 协变通配符（<? extends T>）

协变通配符允许泛型类型接受 T 或其子类型。

示例：

List<? extends Animal> animals = new ArrayList<Cat>(); // 合法

限制：

• 只能从集合中读取数据，不能写入数据：

Animal animal = animals.get(0); // 合法
animals.add(new Cat()); // 编译错误

2. 逆变通配符（<? super T>）

逆变通配符允许泛型类型接受 T 或其父类型。

示例：

List<? super Cat> cats = new ArrayList<Animal>(); // 合法

限制：

• 只能向集合中写入数据，读取的数据类型不确定：

cats.add(new Cat()); // 合法
Object obj = cats.get(0); // 合法，但类型为 Object

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四、协变与逆变的应用场景

1. 协变的应用

协变通配符常用于只读操作，

例如遍历集合：

public void printAnimals(List<? extends Animal> animals) {
    for (Animal animal : animals) {
        System.out.println(animal);
    }
}

2. 逆变的应用

逆变通配符常用于写入操作，

例如向集合中添加元素：

public void addCat(List<? super Cat> cats) {
    cats.add(new Cat());
}

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五、PECS 原则

PECS（Producer Extends, Consumer Super）原则是使用协变与逆变的重要指导：

• Producer Extends：如果泛型类型是生产者（提供数据），使用 <? extends T>。
• Consumer Super：如果泛型类型是消费者（接收数据），使用 <? super T>。

示例：

public void copy(List<? extends Animal> src, List<? super Animal> dest) {
    for (Animal animal : src) {
        dest.add(animal);
    }
}

六、总结

• 协变：<? extends T>，用于只读操作，保证类型安全。
• 逆变：<? super T>，用于写入操作，提供灵活性。
• PECS 原则：生产者使用 extends，消费者使用 super。

通过理解协变与逆变，你可以更好地设计泛型方法，提升代码的灵活性和安全性。希望本文能帮助你掌握 Java 泛型中的这一重要概念！