Java 差异

Java具有强大的面向对象编程特性，为程序员提供了许多开发灵活高效的代码的机制。其中一个概念，经常被忽视但至关重要的是差异。理解差异对于精通Java非常重要，尤其是在使用泛型和集合时。本文详细探讨了Java中的差异，包括它的类型-协变、逆变和不变-以及它们的实际应用。

理解差异

差异指的是更复杂类型之间的子类型化与它们组件之间的子类型化之间的关系。简单来说，它确定了当这些类用作类型参数时类的类型层次结构如何被保留。当处理泛型时，差异变得特别重要，提供了一个框架来确保类型安全性，同时允许一定程度的灵活性。

差异可以分为三种主要类型：

• 协变 - 如果ClassB是ClassA的子类，则Collection<ClassB>可以被视为Collection<ClassA>的子类。

• 逆变 - 如果ClassB是ClassA的子类，则Collection<ClassA>可以被视为Collection<ClassB>的子类。

• 不变 - Collection<ClassB>和Collection<ClassA>之间没有子类型关系，与ClassA和ClassB之间的关系无关。

让我们更深入地了解每个概念。

Java中的协变

Java通过使用带有extends子句的通配符来实现协变。让我们来看一个示例：

List<Animal> animals = new ArrayList<>();
<List<super Cat>cats=animals;

在这种情况下，您可以将Cat对象或其任何实例添加到cats，但是您不能从cats读取并将结果视为Cat，因为它可能包含Cat的任何超类型，包括Animal或Object。因此，您可以向cats写入，但不能以类型安全的方式从中读取

在Java中的不变性

在Java中，不变性（Invariance）是默认行为，意味着Collection<classb>和Collection<classa>之间不存在子类型关系，无论ClassA和ClassB之间的关系如何。这可能看起来很限制，但对于类型安全是必不可少的。在Java中，List<string>不是List<object>的子类型，即使String是Object的子类型。这是因为Java集合是可变的，允许这样的关系将导致运行时类型错误。

List<String> strings = new ArrayList<>();
// 编译错误: 不兼容的类型
List<Object> objects = strings;

在上面的示例中，尽管String是Object的子类型，但List<string>不是List<object>的子类型，因此出现了编译错误。

这个特性可能起初看起来有限制，但它是Java类型系统的一个重要方面，以确保不进行不安全的操作。如果List 是List 的子类型，那么你可以将一个不是String的Object添加到List 中，从而导致运行时ClassCastException异常。

List<String> strings = new ArrayList<>();
// 如果允许这样做...
List<Object> objects = strings;
// ...这将会在List<String>中放入一个非String的对象
objects.add(new Object());
String str= strings.get(0); // ClassCastException

这个示例说明了为了类型安全而维持不变性的重要性。

有界类型参数和协变

协变和逆变通常与有界类型参数一起使用。有界类型参数是一种指示类型参数必须是某种类型的子类型（使用extends关键字）或者超类型（使用super关键字）的方式。这样可以在保持类型安全的同时，灵活地传递不同类型的参数到方法中。

例如，您可能有一个操作Number及其子类列表的方法：

public <T extends Number> void processNumbers(List<T> numbers) { /* ... */ }

在这个方法中，T是一个有界类型参数，必须是Number或者Number的子类型。这使得该方法可以操作List<Number>、List<Integer>、List<Double>等，展示了协变。

结论

总之，了解Java中的变异对于有效地使用泛型和集合非常关键。它允许灵活的代码同时确保类型安全。

协变性，使用extends关键字，允许子类替代超类，从而实现更通用的对象处理。而逆变性则允许超类替代子类，使得在更具体的对象上执行更广泛的操作。

不变性通过确保不同类型的集合（即使通过继承相关）保持其独特性并防止运行时类型错误，从而保持类型安全。