一、背景

要搞懂Java中的協(xié)辦與逆變，不得不從繼承說(shuō)起，如果沒(méi)有繼承，協(xié)變與逆變也天然不存在了。

我們知道，在Java的世界中，存在繼承機(jī)制。比如MochaCoffee類(lèi)是Coffee類(lèi)的派生類(lèi)，那么我們可以在任何時(shí)候使用MochaCoffee類(lèi)的引用去替換Coffee類(lèi)的引用(重寫(xiě)函數(shù)時(shí)，形參必須與重寫(xiě)函數(shù)完全一致，這是一處列外)，而不會(huì)引發(fā)編譯錯(cuò)誤(至于會(huì)不會(huì)引發(fā)程序功能錯(cuò)誤，取決于代碼是否符合里氏替換原則)。

簡(jiǎn)而言之，如果B類(lèi)是A類(lèi)的派生類(lèi)，那么B類(lèi)的引用可以賦值給A類(lèi)的引用。

賦值的方式最常見(jiàn)有兩種。

第一：使用等于運(yùn)算符顯式賦值

Coffee coffee = new MochaCoffee();

上述代碼可以分兩階段理解，首先new MochaCoffee()返回MochaCoffee的引用，然后將此引用顯式賦值給Coffee類(lèi)型的引用。

第二：函數(shù)傳參賦值

public class Main {

public static void main(String[] args) {

function(new MochaCoffee());

}

public static void function(Coffee coffee) {

}

}

基礎(chǔ)知識(shí)復(fù)習(xí)完后，我們正式開(kāi)始進(jìn)入?yún)f(xié)變與逆變的世界，首先我們來(lái)看如下常見(jiàn)代碼：

Coffee a[] = new MochaCoffee[10];

List extends Coffee> b = new ArrayList();

List super MochaCoffee> c = new ArrayList();

這三行代碼每一行單獨(dú)看，好像都可以勉強(qiáng)看得懂，但是這三行代碼似乎透露出一些讓人內(nèi)心秩序隱隱不安的疑惑：

MochaCoffee[]是Coffee[]的子類(lèi)？

ArrayList是List extends Coffee>的子類(lèi)？

ArrayList是List super MochaCoffee>的子類(lèi)？

我們只學(xué)習(xí)過(guò)Class之間有繼承關(guān)系，這些數(shù)組、容器類(lèi)型之間難道也有繼承關(guān)系，這種繼承關(guān)系在JDK哪一處源碼中有定義？還有沒(méi)有其他類(lèi)似的情況？

如果你也有類(lèi)似的問(wèn)題，說(shuō)明你的知識(shí)體系中缺失了一個(gè)知識(shí)點(diǎn)，這就是我們今天講的Java中的協(xié)變與逆變。

二、逆變與協(xié)變

2.1 定義

假設(shè)F(X)代表Java中的一種代碼模式，其中X為此模式中可變的部分。如果B是A的派生類(lèi)，而F(B)也享受F(A)派生類(lèi)的待遇，那么F模式是協(xié)變的，如果F(A)反過(guò)來(lái)享受F(B)派生類(lèi)的待遇，那么F模式是逆變的。如果F(A)和F(B)之間不享受任何繼承待遇，那么F模式是不變的。(這里的繼承待遇指的是前面復(fù)習(xí)到的“如果B類(lèi)是A類(lèi)的派生類(lèi)，那么B類(lèi)的引用可以賦值給A類(lèi)的引用。”)

Java中絕大部分代碼模式都是不變的(大家可以安心了)。

2.2 Java中的協(xié)變與協(xié)變模式

Java中目前已知的支持協(xié)變與逆變的模式，我總結(jié)了三類(lèi)，歡迎大家補(bǔ)充。

2.2.1 F(X) = 將X數(shù)組化，此時(shí)F模式是協(xié)變的

Coffee a[] = new Coffee[10];

MochaCoffee b[] = new MochaCoffee[10];

a = b; //b可以賦值給a

這可以回答之前的問(wèn)題，雖然MochaCoffee[]不是Coffee[]的子類(lèi)，但數(shù)組化這種代碼模式是協(xié)變的，所以MochaCoffee[]也可以直接賦值給Coffee[]。

值得注意的是，雖然數(shù)組是協(xié)變的，但是數(shù)組是會(huì)記住實(shí)際類(lèi)型并在每一次往數(shù)組中添加元素時(shí)做類(lèi)型檢查。比如如下代碼雖然可以利用數(shù)組的協(xié)變性通過(guò)編譯，但是運(yùn)行時(shí)依然會(huì)拋出異常。

Coffee a[] = new MochaCoffee[10];

a[0] = new Coffee(); //拋出ArrayStoreException

這也是數(shù)組的協(xié)變?cè)O(shè)計(jì)被廣為詬病的原因，因?yàn)楫惓?yīng)該盡量在編譯時(shí)就發(fā)現(xiàn)，而不是推遲到運(yùn)行時(shí)。不過(guò)數(shù)組支持協(xié)變后，java.util.Arrays#equals(java.lang.Object[], java.lang.Object[])這種類(lèi)型的函數(shù)就不需要為每種可能的數(shù)組類(lèi)型去分別實(shí)現(xiàn)一次了。數(shù)組的協(xié)變?cè)O(shè)計(jì)有歷史版本兼容性方面的考慮等，Java的每一個(gè)設(shè)計(jì)可能不是最優(yōu)的，但確實(shí)是設(shè)計(jì)者在當(dāng)時(shí)的情況下可以做出的最好選擇。

2.2.2 F(X) = 將X通過(guò) extend X>語(yǔ)法作為泛型參數(shù)，此時(shí)F模式是協(xié)變的

List extends Coffee> a = new ArrayList();

List extends MochaCoffee> b = new ArrayList();

a = b; //b可以賦值給a

同樣的，雖然ArrayList不是List extends Coffee>的子類(lèi)，但是List extends X>這種代碼模式是協(xié)變的，所以b可以直接賦值給a。

值得注意的是，雖然利用協(xié)變性，可以將ArrayList賦值給List extends Coffee>，但是賦值后，List extends Coffee>中不能取出MochaCoffee，同時(shí)也只能添加null。因?yàn)長(zhǎng)ist跟數(shù)組不一樣，它在運(yùn)行時(shí)插入元素時(shí)，類(lèi)型信息已經(jīng)被擦除為Object，無(wú)法做類(lèi)型檢測(cè)，只能依靠聲明在編譯時(shí)做嚴(yán)格的類(lèi)型檢查，List extends?Coffee>聲明意味著這個(gè)容器中的元素類(lèi)型不確定，可能是Coffee的任何子類(lèi)，所以往里面添加任何類(lèi)型都是不安全的，但是可以取出Coffee類(lèi)型。如下：

List extends Coffee> a = new ArrayList();

//a.add(new MochaCoffee()); //不能添加MochaCoffee

//a.add(new Coffee()); //也不能添加Coffee

a.add(null); //可以添加null

Coffee coffee = a.get(0); //可以取出Coffee

2.2.3?F(X) = 將X通過(guò) super?X>語(yǔ)法作為泛型參數(shù)，此時(shí)F模式是逆變的

List super MochaCoffee> a = new ArrayList();

List super Coffee> b = new ArrayList();

a = b; //b可以賦值給a

ArrayList不是List super MochaCoffee>的子類(lèi)，但是List super X>這種代碼模式是逆變的，所以b可以直接賦值給a。

值得注意的是，雖然利用逆變性，可以將ArrayList賦值給List super MochaCoffee>，但是賦值后，List super MochaCoffee>中不能添加Coffee，同時(shí)也只能取出Object(除非進(jìn)行強(qiáng)制類(lèi)型轉(zhuǎn)換)。List super MochaCoffee>聲明意味著這個(gè)容器中的元素類(lèi)型不確定，可能是MochaCoffee的任何基類(lèi)，所以往里面添加MochaCoffee及其子類(lèi)是安全的，但是取出的類(lèi)型就只能是最頂層基類(lèi)Object了。如下：

List super MochaCoffee> a = new ArrayList();

// a.add(new Coffee()); //不能添加Coffee

a.add(new MochaCoffee()); //可以添加MochaCoffee

Object object = a.get(0); //只能取出Object

注：沒(méi)有extend和super關(guān)鍵字加持的泛型模式都是不變的，A與B之間有繼承關(guān)系，但是List和List之間不享受任何繼承待遇，這就解決了上面提到數(shù)組協(xié)變導(dǎo)致的問(wèn)題，讓類(lèi)型錯(cuò)誤在編譯時(shí)就可以被發(fā)現(xiàn)。

2.3 PECS原則

2.2.2和2.2.3中的注意事項(xiàng)，也體現(xiàn)了著名的PECS原則：“Producer Extends，Consumer Super”。

因?yàn)槭褂?extends T>后，如果泛型參數(shù)作為返回值，用T接收一定是安全的，也就是說(shuō)使用這個(gè)函數(shù)的人可以知道你生產(chǎn)了什么東西；

而使用 super T>后，如果泛型參數(shù)作為入?yún)?#xff0c;傳遞T及其子類(lèi)一定是安全的，也就是說(shuō)使用這個(gè)函數(shù)的人可以知道你需要什么東西來(lái)進(jìn)行消費(fèi)。

比如Java8新增的函數(shù)接口java.util.function.Consumer#andThen方法就體現(xiàn)了Consumer Super這一原則。

三、總結(jié)

1、數(shù)組是協(xié)變的。

2、extend關(guān)鍵字加持的泛型是協(xié)變的。

3、super關(guān)鍵字加持的泛型是逆變的。

4、注意數(shù)組和泛型容器中添加和獲取元素的類(lèi)型限制。

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的java协变 生产者理解_Java进阶知识点：协变与逆变的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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