Java中的协变与逆变

　　Java作为面向对象的典型语言，相比于C++而言，对类的继承和派生有着更简洁的设计(比如单根继承)。

　　在继承派生的过程中，是符合Liskov替换原则(LSP)的。LSP总结起来，就一句话：

　　　　所有引用基类(父类)的地方必须能够透明地使用其子类的对象。

　　LSP包含四层含义：

　　　　① 子类完全拥有父类的方法，且具体子类必须实现父类的抽象方法；

　　　　② 子类中可以增加自己的方法；

　　　　③ 当子类覆盖或实现父类的方法时，方法的形参要比父类方法的更加宽松；

　　　　④ 当子类覆盖或实现父类的方法时，方法的返回值要比父类方法的更加严格。

 

　　针对LSP四层含义的③④条，就引出了协变(Covariance)和逆变(Contravariance)的概念：

　　　　协变，简言之，就是父类型到子类型，变得越来越具体，在Java中体现在返回值类型不变或更加具体(异常类型也是如此)等。

　　　　逆变，简言之，就是父类型到子类型，变得越来越具体，但是方法的形参却变得更加抽象或不变(注意：这里在Java中本质为方法重载，而不是覆盖，当添加@Override标签将会报错！)

 

　　于是，针对上述的逆变，概念可以理解，但是Java中所谓的“方法形参变得更加宽泛”，实质是方法重载，似乎也就不能严格地称为继承关系下的“逆变”，思考之，似乎Java的继承派生过程中，几乎所有的操作，都是协变的，那么是不是就说明Java中并不存在逆变呢？？？

　　错！Java中是存在逆变的！

 

　　这里就引出了Java中的泛型，这里举个例子：

　　在Java中，Number类是Integer类的父类(super)，如果某个方法的签名是void method(List<Number> listNumber)，那么按照协变的思想，是不是意味着为这个方法传入List<Integer>类型参数也是可以的呢？

　　当然不... 很多博客在此都说“Java对于这样的泛型是不支持协变的”，但我认为，事实是List<Integer>的实参，依旧是一个List类型的持有对象，因此对于List<Number>这个持有对象来说，二者持有的对象存在继承派生的关系，但二者本身并不存在继承派生的关系，因而也就无从谈及协变(实质，这里二者的关系是“不变”，“不变”是针对于协变与逆变概念而言的)。

　　举个例子来说明这个简单的问题，一个父亲和他的儿子都分别有一辆车，他们的车款型相同(当然，也可能不同，但总归是车，即持有对象，这里为了针对上述二者持有对象均为List故意言之)，尽管车上的父亲和儿子存在着“继承派生”的关系，但是这两辆车并不存在继承关系，所以二者之间并没有“协变”的概念。

　　那么，总不能对于这样的method，要为每种持有对象持有的对象类型分别重载实现method吧...于是，Java就提供了泛型的通配符(注意，这里才谈到泛型)，为了解决上述的method问题，可以这样声明method: void method(List<? extends Number> listNumber)。这样，这里的形参就必须是一个持有对象，它持有的对象类型，必须是Number类或者是继承自Number类的更具体的子类(如Integer类，Double类)，此时，可以说这个方法依旧实现了“协变”，那么Java中的逆变是体现在哪儿的呢？

　　这里就引出了通配符后另一个关键字，super。

　　这样声明的方法：void method(List<? super Integer> listInteger)，说明该持有对象持有的对象类型，必须是Integer或Integer的父类(超类super)，于是，此时向方法中传递持有Number类的持有对象也是可以的，甚至，可以传递一个持有Object类型的持有对象。此处便是使得参数类型变得更加宽泛，因此此处体现的是“逆变”。

　　这也很好记：

　　　　? extends 对应 协变

　　　　? super    对应 逆变

　　　　(? 即为Java泛型的通配符)

　　综上，Java是符合LSP的一门语言，对“协变”“逆变”的支持也是有具体实现以及道理的。理解好这些概念，可以让编程中遇到的知识概念更加系统化，理解记忆也更高效。

　　至于前几天，有同学在群里讨论，Java中如果子类覆盖了父类的方法，是否就不符合LSP了，如果说Java是严格按照LSP来设计的，那么这种情况是否就不能称为覆盖，而是重载...

　　当时被这个问题雷到了... 我理解的LSP应该是一种思想，是设计过程以及实现过程中开发者应该牢记并遵守的。如果按照LSP的总的规则，那么每个父类对象出现的地方，都可以用其具体子类对象来替换而不会发生错误。这个错误当然是保证语法编译不会发生错误，而不是针对覆盖方法导致的功能不同。所以...这个问题，实质上应该归结于理解发生了偏颇...

　　本博客参考博客：

　　Java协变和逆变：https://blog.csdn.net/qiuchengjia/article/details/52910901

　　Java的逆变与协变：https://www.cnblogs.com/en-heng/p/5041124.html

 

　　from Steven Shen

　　　　编辑于2018.6.22

　　　　修改于2019.9.4