什么是协变和逆变
- 我们将围绕如下三个核心名词：协变性（covariance）、逆变性(contravariance)和无关性（invariant）。他们都是用来描述类型转换的性质的术语
- 到底什么是协变和逆变？先看例子：
//Java
Object[] objects = new String[];
//C#
object[] objects = new string[];
- 这就是协变，C#和Java都是支持数组协变的语言，好像说了等于没说，别急，慢慢来
我们都知道C#和Java中String类型都是继承自Object的，姑且记做String ≦ Object，表示String是Object的子类型，String的对象可以赋给Object的对象
而Object的数组类型Object[]，我们可以理解成是由Object构造出来的一种新的类型,可以认为是一种构造类型，记f(Object)（可以类比下初中数学中函数的定义），那么我们可以这么来描述协变和逆变：
- 当A ≦ B时,如果有f(A) ≦ f(B),那么f叫做协变(covariance)；
- 当A ≦ B时,如果有f(B) ≦ f(A),那么f叫做逆变(contravariance)；
- 如果上面两种关系都不成立则叫做不可变(invariant)
协变
其实顾名思义，协变和逆变表示的一种类型转变的关系：“构造类型”之间相对“子类型”之间的一种关系。只不过平时我（可能也包括大家）被网上的一些文章搞糊涂了。“协”表示一种自然而然的转换关系，比如上面的String[] ≦ Object[]，这就是大家学习面向对象编程语言中经常说的：
子类变量能赋给父类变量，父类变量不能赋值给子类变量
逆变
- 而“逆”则不那么直观，平时用的也很少，后面讲Java泛型中的协变和逆变会看到例子
不可变
- 不可变的例子就很多了，比如Java中List< Object >和List< String >之间就是不可变的
List<String> list1 = new ArrayList<String>();
List<Object> list2 = list1;
- 这两行代码在Java中肯定是编译不过的，反过来更不可能，C#中也是一样
作用
- 那么协变和逆变作用：主要是语言设计的一种考量，目的是为了增加语言的灵活性和能力
里氏替换原则
- 再说下面内容之前，提下这个大家都知道的原则：
有使用父类型对象的地方都可以换成子类型对象
- 假设有类Fruit和Apple,Apple ≦ Fruit，Fruit类有一个方法fun1，返回一个Object对象:
public Object fun1() {
return null;
}
Fruit f = new Fruit();
//...
//某地方用到了f对象
Object obj = f.fun1();
- 那么现在Aplle对象覆盖fun1，假设可以返回一个String对象：
@Override
public String fun1() {
return "";
}
Fruit f = new Apple();
//...
//某地方用到了f对象
Object obj = f.fun1();
- 那么任何使用Fruit对象的地方都能替换成Apple对象吗？显然是可以的
- 举得例子是返回值，如果是方法参数呢？调用父类方法fun2(String)的地方肯定可以被一个能够接受更宽类型的方法替代：fun2(Object)……
协变返回值
- 在面向对象语言中，一个协变返回值方法是一个在子类覆盖该方法的时候，方法的返回值可以被一个“更窄”的类型所替代（C#并不支持这个技术，C++和Java JDK5.0后开始支持）
public static class Super {
Object getSomething() {
return null;
}
}
public static class SubClass extends Super {
@Override
String getSomething() {
return null;
}
}
- 虽然Java是面向对象的语言，但某种程度上支持返回值协变，Java子类覆盖父类方法的时候能够返回一个“更窄”的子类型，所以说Java是一门可以支持返回值协变的语言
参数逆变
- 类似参数逆变是指子类覆盖父类方法时接受一个“更宽”的父类型。在Java和C#中这都被当作了方法重载
class Super {
void doSomething(String parameter) {
}
}
class Sub extends Super {
void doSomething(Object parameter) {
}
}
Java泛型中的协变和逆变
- 一般我们看Java泛型好像是不支持协变或逆变的，List< Object>和List< String>之间是不可变的。但当我们在Java泛型中引入通配符这个概念的时候，Java 其实是支持协变和逆变的
// 不可变
List<Fruit> fruits = new ArrayList<Apple>();// 编译不通过
// 协变
List<? extends Fruit> wildcardFruits = new ArrayList<Apple>();
// 协变->方法的返回值，对返回类型是协变的:Fruit->Apple
Fruit fruit = wildcardFruits.get();
// 不可变
List<Apple> apples = new ArrayList<Fruit>();// 编译不通过
// 逆变
List<? super Apple> wildcardApples = new ArrayList<Fruit>();
// 逆变->方法的参数，对输入类型是逆变的:Apple->Fruit
wildcardApples.add(new Apple());
- 可见在Java泛型中通过extends关键字可以提供协变的泛型类型转换，通过supper可以提供逆变的泛型类型转换
- 关于Java泛型中supper和extends关键字的作用网上有很多文章，这里不再赘述。只举一个《Java Core》里面supper使用的例子：下面的代码能够对实现Comparable接口的对象数组求最小值
public static <T extends Comparable<T>> T min(T[] a) {
if (a == null || a.length == ) {
return null;
}
T t = a[];
for (int i = ; i < a.length; i++) {
if (t.compareTo(a[i]) > ) {
t = a[i];
}
}
return t;
}
- 这段代码对Calendar类是运行正常的，但对GregorianCalendar类则无法编译通过：
Calendar[] calendars = new Calendar[];
Calendar ret3 = CovariantAndContravariant.<Calendar> min(calendars);
GregorianCalendar[] calendars2 = new GregorianCalendar[];
GregorianCalendar ret2 = CovariantAndContravariant.<GregorianCalendar> min(calendars2);//编译不通过
- 如果想工作正常需要将方法签名修改为：
public static <T extends Comparable<? super T>> T min(T[] a)
- 至于原因，大家看下源码和网上大量关于supper的作用应该就明白了，我这里希望能够给看了上面内容的同学提供另外一个思路……
参考资料
- 再谈对协变和逆变的理解
- Java 协变性 逆变性 学习笔记
![Java小案例——随机数猜测随机数猜测[图]](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAP///wAAACwAAAAAAQABAAACAkQBADs=)