王垠的这道Java高级面试题，看似容易，其实很难

Posted 2020-12-10 javaxgg

最近，在垠神的微博上，看到他出的一道关于Java的高级面试题，与各位同学分享一下，题目内容如下图：

 

这道题目主要是关于Java中协变与逆变的思考，先说一下运行结果，编译期会放行，运行期会抛异常：

java.lang.ArrayStoreException: java.lang.Integer

正如《Effective Java》的作者所说，Java允许数组协变是Java本身的缺陷，他也没闹明白为什么要这么设计，估计是为了妥协吧。

关于Java协变与逆变的思考，我也在网上找了一些资料和自己的理解，说实话，写这篇文章确实有难度，不能保证文章的内容完全正确，欢迎各位同学指正。

# 什么是协变与逆变？

其实关于它的定义，维基百科上面讲的很详细，我就在这里简单的说一下。

逆变与协变用来描述类型转换（type transformation）后的继承关系。

其定义：如果A、B表示类型，f(⋅)表示类型转换，≤表示继承关系（比如，A≤B表示A是由B派生出来的子类）

f(⋅)是逆变（contravariant）的，当A≤B时有f(B)≤f(A)成立；

f(⋅)是协变（covariant）的，当A≤B时有f(A)≤f(B)成立；

f(⋅)是不变（invariant）的，当A≤B时上述两个式子均不成立，即f(A)与f(B)相互之间没有继承关系。

看这些概念是不是有点晦涩难懂，其实在《Thinking in Java》讲泛型那章提到一个例子挺好的说明问题的。

class Fruit {}class Apple extends Fruit {}class Orange extends Fruit {}

比如，有两个类型Apple和Fruit，它们之间的关系是Apple≤Fruit，即Apple是Fruit的子类型；通过它们构造出对应的数组类型Fruit[]和Apple[]，最终这对数组类型的关系是Apple[] ≤ Fruit[]，即数组类型也保持着原类型之间的关系，这说明数组具有协变性。

Fruit[] fruits = new Apple[10];

从上面的代码，我们也可以看出：子类型的数组可以赋予父类型的数组进行使用。

接着，我们再来看看下面这句代码：

fruits[0] = new Orange();//抛 java.lang.ArrayStoreException

你注意到没有，Java为了确保类型安全，必须明确知道数组内部元素的类型（声明时），而且记住这个数组类型，每次往数组里面插入新元素（运行）时，都会进行类型检测，如果不匹配，就会抛出异常：
java.lang.ArrayStoreException。

到这一步，我们便能理解了垠神上面的那个代码为啥会抛异常。

# 数组为什么要设计协变？

我挺赞同文章开头那种说法，在Java SE5之前没有泛型，急需要这种设计来解决当务之急，所以才这么设计。

就比如我们常用的Arrays.equals()方法，代码如下：

 

由于没有泛型，所以把数组这么设计，来进行妥协，让多态的作用发挥出来，所以，是不是缺陷？就需要根据具体的时间点和环境而议。

# 谈谈泛型

Java的泛型设计，确实很牛逼，可以穿梭于协变、逆变与不变之间。

ArrayList<Number> list = new ArrayList<Integer>(); //type mismatch

上面这句代码编译时，会报错：type mismatch。由于Integer ≤ Number，而实例化的list对象是错误的，因此，默认情况下，Java的泛型是不变的。

有同学可能会问：有时需要实现逆变与协变，怎么办呢？

这时，可以使用通配符 ? 。

<? extends>实现了泛型的协变，比如：

List<? extends Number> list = new ArrayList<Integer>();

<? super>实现了泛型的逆变，比如：

List<? super Number> list = new ArrayList<Object>();

那问题又来了，究竟什么时候用extends什么时候用super呢？可以参考《Effective Java》这本书，见下图：

 

总结一下吧：

• 要从泛型类取数据时，用extends；
• 要往泛型类写数据时，用super；
• 既要取又要写，就不用通配符（即extends与super都不用）。

上面这些总结很浅显，只是对Java基础知识的回顾，更深层的研究，还需要各位同学进一步深入研究。

最后，垠神希望得到更深层次的理解，我达不到那个水平

 

，希望你能把这篇面试题转发出去，看看你身边有没有垠神期待的人才？

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