Java泛型的协变、逆变和不变

背景

平时在看一些开源框架源码时总发现他们会或多或少的用到泛型来定义数据类型。这可以理解，毕竟牛逼的开源框架大都是为了解决一类普遍问题而存在的；但看不懂的是，有时参数或者返回值会出现诸如和这样带通配符的泛型参数，这种通配符的泛型是什么意思？如果直接用指定的T会有什么问题？这样做是为了解决什么问题？这是我的疑惑。咨询公司完全做Java开发的服务端同学后，也未能完全解惑。于是查找资料后引出今天的主题----Java泛型的协变()、逆变()和不变(T)。

举例

1. RxJava框架
   在定义一个Observable后，最终会通过subscribe()来订阅一个Observer, 而subscribe()参数的定义就使用了逆变()，如下所示:

/**
 * 参数observer用到了逆变
 */
public final void subscribe(Observer observer) {
    try {
        //....
        subscribeActual(observer); //实际发起的订阅
        //...方法
    } catch (Throwable e) {
        //...
    }
}

map操作符的参数Function泛型分别使用协变和逆变实现，如下所示：

/**
 * 参数mapper是一个Function接口类型，第一个参数用到了逆变，
 * 第二个参数用到了协变
 */
public final  Observable map(Function mapper) {
    //...
    return RxJavaPlugins.onAssembly(new ObservableMap(this, mapper));
}

2. java集合框架Collections的工具方法copy()分别使用协变和逆变定义了两个集合的类型，如下所示：

/**
 * 目的列表使用的是逆变，源列表使用的是协变
 */
public static  void copy(List dest, List src) {
    //...
    for (int i=0; i

3.java8中Stream的超级接口collect()，其参数定义使用了不变和逆变，如下所示：

 R collect(Supplier supplier,
              BiConsumer accumulator,
              BiConsumer combiner);

面对上面这些源码的定义，不禁让人产生疑惑！！！

概念

假设Orange类是Fruit类的子类，以集合类List为例：

1. 型变：用来描述类型转换后的继承关系（即协变、逆变和不变的统称）。比如：List是List的子类型吗？答案是No，两者并没有关系，并不能相互读写数据。因此，型变是处理如List(List)和List子类型关系的一种表达方式。
2. 协变(covariance)：满足条件诸如List是List的子类型时，称为协变。
3. 逆变(covariance)：满足条件List是List的子类型时，称为逆变。
4. 不变(invariance)：表示List和List不存在型变关系。

注：子类(subclass)和子类型(subtype)不是同一个概念。

先回答文章开头提出的几个问题：

1. 带通配符的泛型是什么意思？
   ----这是因为Java泛型本身不支持型变，因此引入通配符来解决泛型类型的类型转换问题，这是Java型变的通用表达式（表示类型转换的上界；表示类型转换的下界）。

2. 如果直接用指定的T会有什么问题？
   ----直接使用T作为参数的类型不会有任何问题，但这会限制函数接口调用的灵活性，导致框架的通用性降低。

3. 这样做是为了解决什么问题？
   ----综上两点，型变处理的最终目的是在保证了运行时类型安全的基础上，并提高参数类型的灵活性。

型变

看一个不使用型变的例子：

/**
 * 1.定义一个String类型的List
 */
List value1 = new ArrayList();

/**
 * 2. 这里编译器报错，因为两者没有型变关系,无法直接赋值，后续操作会导致类型不安全
 */
List