Java 泛型是 Java 语言中强大的特性之一，它允许我们在编译时定义类型安全的集合和类。然而，泛型的类型系统不仅仅是简单的类型参数化，还涉及到更复杂的概念，如逆变（Contravariance）、协变（Covariance）和不可变性（Invariance）。这些概念在泛型的使用中至关重要，尤其是在处理继承关系和类型安全时。本文将深入探讨这些概念，并通过示例帮助你更好地理解它们。
一、基本概念
1. 不可变性（Invariance）
不可变性是 Java 泛型的默认行为。它表示泛型类型之间没有继承关系，即使它们的类型参数之间存在继承关系。
示例：
List<String> stringList = new ArrayList<>();
List<Object> objectList = stringList; // 编译错误：类型不兼容在上面的代码中，尽管 String 是 Object 的子类，但 List<String> 并不是 List<Object> 的子类。因此，这种赋值是不允许的。
2. 协变（Covariance）
协变表示泛型类型之间的继承关系与类型参数的继承关系一致。换句话说，如果 A 是 B 的子类，那么 Generic<A> 也是 Generic<B> 的子类。
示例：
Java 中的数组是协变的：
String[] strings = new String[]{"Hello", "World"};
Object[] objects = strings; // 合法，因为数组是协变的
objects[0] = 42; // 运行时异常：ArrayStoreException尽管这种赋值在编译时是合法的，但在运行时可能会导致 ArrayStoreException，因为 objects 实际上引用的是一个 String[]，不能存储 Integer 类型的值。
3. 逆变（Contravariance）
逆变表示泛型类型之间的继承关系与类型参数的继承关系相反。如果 A 是 B 的子类，那么 Generic<B> 是 Generic<A> 的子类。
示例：
Java 中的泛型通配符 ? super T 支持逆变：
List<Object> objectList = new ArrayList<>();
List<? super String> stringList = objectList; // 合法，因为 ? super String 支持逆变
stringList.add("Hello"); // 合法在这个例子中，List<? super String> 可以接受 List<Object>，因为 Object 是 String 的父类。
二、协变与逆变的实际应用
1. 协变的应用：读取数据
协变通常用于从泛型集合中读取数据。例如，List<? extends Number> 表示一个可以包含 Number 或其子类（如 Integer、Double）的列表。
List<Integer> integerList = Arrays.asList(1, 2, 3);
List<? extends Number> numberList = integerList; // 协变
Number firstNumber = numberList.get(0); // 合法，可以安全读取
// numberList.add(42); // 编译错误：无法添加元素在这个例子中，numberList 可以安全地读取元素，但不能添加元素，因为编译器无法确定具体的类型。
2. 逆变的应用：写入数据
逆变通常用于向泛型集合中写入数据。例如，List<? super Integer> 表示一个可以包含 Integer 或其父类（如 Number、Object）的列表。
List<Object> objectList = new ArrayList<>();
List<? super Integer> integerList = objectList; // 逆变
integerList.add(42); // 合法，可以安全添加
// Integer value = integerList.get(0); // 编译错误：无法安全读取在这个例子中，integerList 可以安全地添加 Integer 类型的元素，但不能安全地读取元素，因为编译器无法确定具体的类型。
三、不可变性的意义
不可变性是 Java 泛型的默认行为，它确保了类型安全。虽然不可变性限制了泛型类型之间的继承关系，但它避免了潜在的运行时错误。
示例：
List<String> stringList = new ArrayList<>();
List<Object> objectList = stringList; // 编译错误：类型不兼容如果Java 泛型是协变的，那么 objectList 可以引用 stringList，但这会导致类型安全问题：
objectList.add(42); // 如果允许，这将破坏 stringList 的类型安全
String value = stringList.get(0); // 运行时异常：ClassCastException通过保持不可变性，Java 泛型确保了类型安全，避免了这种潜在的问题。
四、总结
不可变性（Invariance） ：泛型类型之间没有继承关系，即使它们的类型参数之间存在继承关系。这是 Java 泛型的默认行为，确保了类型安全。
协变（Covariance） ：泛型类型之间的继承关系与类型参数的继承关系一致。通常用于读取数据，例如 List<? extends Number> 。
逆变（Contravariance） ：泛型类型之间的继承关系与类型参数的继承关系相反。通常用于写入数据，例如 List<? super Integer> 。
理解这些概念对于编写类型安全且灵活的泛型代码至关重要。通过合理使用协变和逆变，我们可以在保证类型安全的同时，提高代码的灵活性和可复用性。希望本文能帮助你更好地掌握 Java 泛型的这些高级特性！