原因在于 Java 如何实现泛型。我发现解释它的最好方法是精确比较数组和泛型集合。
数组示例
使用数组,您可以这样做:
Integer[] myInts = {1,2,3,4};
Number[] myNumber = myInts;
但是,如果你尝试这样做会发生什么?
Number[0] = 3.14; //attempt of heap pollution
最后一行可以正常编译,但如果你运行这段代码,你会得到一个ArrayStoreException。
这意味着你可以欺骗编译器,但不能欺骗运行时类型系统。之所以如此,是因为数组就是我们所说的reifiable types。这意味着在运行时 Java 知道这个数组实际上被实例化为一个整数数组,它恰好是通过 Number[] 类型的引用访问的。
所以,如您所见,一件事是对象的真实类型,另一件事是您用来访问它的引用的类型,对吧?
Java 泛型的问题
现在,Java 泛型类型的问题是类型信息被编译器丢弃,并且在运行时不可用。这个过程称为type erasure。在 Java 中实现这样的泛型是有充分理由的,但这是一个很长的故事,它与与预先存在的代码的二进制兼容性有关。
但这里重要的一点是,由于在运行时没有类型信息,因此无法确保我们没有提交堆污染。
例如,
List<Integer> myInts = new ArrayList<Integer>();
myInts.add(1);
myInts.add(2);
List<Number> myNums = myInts;
myNums.add(3.14); //heap polution
如果 Java 编译器在编译时没有阻止您执行此操作,则运行时类型系统也无法阻止您,因为在运行时无法确定此列表应该只是整数列表. Java 运行时允许你将任何你想要的东西放入这个列表,而它应该只包含整数,因为在创建它时,它被声明为一个整数列表。
因此,Java 的设计者确保您不能欺骗编译器。如果你不能欺骗编译器(就像我们可以用数组做的那样),你也不能欺骗运行时类型系统。
因此,我们说泛型类型是不可具体化的。
显然,这会妨碍多态性,正如所指出的那样。解决方案是学习使用 Java 泛型的两个强大功能,即协变和逆变。
协方差
通过协方差,您可以从结构中读取项目,但不能向其中写入任何内容。所有这些都是有效的声明。
List<? extends Number> myNums = new ArrayList<Integer>();
List<? extends Number> myNums = new ArrayList<Float>()
List<? extends Number> myNums = new ArrayList<Double>()
你可以从myNums阅读:
Number n = myNums.get(0);
因为您可以确定无论实际列表包含什么,它都可以向上转换为一个数字(毕竟任何扩展 Number 的东西都是一个数字,对吧?)
但是,您不能将任何内容放入协变结构中。
myNumst.add(45L);
这是不允许的,因为 Java 不能保证真实对象的实际类型是什么。它可以是任何扩展 Number 的东西,但编译器不能确定。所以你可以读,但不能写。
逆变
通过逆变,你可以做相反的事情。您可以将事物放入通用结构中,但不能从中读出。
List<Object> myObjs = new List<Object();
myObjs.add("Luke");
myObjs.add("Obi-wan");
List<? super Number> myNums = myObjs;
myNums.add(10);
myNums.add(3.14);
在这种情况下,对象的实际性质是一个对象列表,通过逆变,你可以将数字放入其中,主要是因为数字有对象作为共同的祖先。因此,所有数字都是对象,因此这是有效的。
但是,假设你会得到一个数字,你就不能安全地从这个逆变结构中读取任何内容。
Number myNum = myNums.get(0); //compiler-error
如您所见,如果编译器允许您编写此行,您将在运行时收到 ClassCastException。
Get/Put 原则
因此,当您只打算将泛型值从结构中取出时使用协变,当您只打算将泛型值放入结构中时使用逆变,当您打算同时执行这两种操作时使用精确的泛型类型。
最好的例子是下面的例子,它将任何类型的数字从一个列表复制到另一个列表。
public static void copy(List<? extends Number> source, List<? super Number> destiny) {
for(Number number : source) {
destiny.add(number);
}
}
由于协变和逆变的力量,这适用于这样的情况:
List<Integer> myInts = asList(1,2,3,4);
List<Integer> myDoubles = asList(3.14, 6.28);
List<Object> myObjs = new ArrayList<Object>();
copy(myInts, myObjs);
copy(myDoubles, myObjs);