127. Java 泛型 - 泛型类与子类型

1. 泛型类和接口的子类型化

在 Java 中，可以通过扩展或实现泛型类或接口来对其进行子类型化。这意味着，如果一个类或接口是泛型的，它的类型参数将影响该类或接口的子类型关系。这个关系通过 extends 和 implements 子句来决定。

示例：ArrayList 和 List

考虑 Java 的 Collections 类库，ArrayList<E> 实现了 List<E>，而 List<E> 又扩展了 Collection<E>。因此，ArrayList<String> 是 List<String> 的子类型，而 List<String> 又是 Collection<String> 的子类型。这是泛型类之间子类型关系的一种体现。

List<String> list = new ArrayList<>();  // OK, ArrayList<String> 是 List<String> 的子类型

这就表明，当不改变类型参数时，泛型类之间会保持子类型关系。ArrayList<String> 是 List<String> 的子类型，而 List<String> 又是 Collection<String> 的子类型。

2. 自定义泛型接口的子类型化

假设我们需要定义一个自定义的泛型接口 PayloadList，它将泛型类型 P 的值与每个元素相关联。例如，这个接口可能声明如下：

interface PayloadList<E, P> extends List<E> {
    void setPayload(int index, P val);
    // 其他方法
}

在这个接口中，E 代表列表元素的类型，P 代表与每个元素相关联的“有效负载”类型。

示例：泛型接口的子类型

接下来，我们可以创建 PayloadList 的具体类型参数化版本：

PayloadList<String, String> stringPayloadList = new SomePayloadListImpl<>();
PayloadList<String, Integer> integerPayloadList = new SomePayloadListImpl<>();
PayloadList<String, Exception> exceptionPayloadList = new SomePayloadListImpl<>();

• PayloadList<String, String> 是 List<String> 的子类型。
• PayloadList<String, Integer> 是 List<String> 的子类型，尽管它使用了不同的泛型类型参数。
• PayloadList<String, Exception> 也是 List<String> 的子类型，尽管它的第二个类型参数是 Exception。

解释

这里的核心概念是：只要不改变类型参数之间的相对关系，泛型类型之间就能保留子类型关系。即使我们在泛型接口 PayloadList 中使用不同的类型参数，它们依然可以和 List<String> 保持子类型关系。关键是，类型参数 E 的一致性确保了我们可以将 PayloadList<E, P> 类型的对象赋值给 List<E> 类型的变量。

3. 泛型类和接口的类型参数

泛型类和接口的类型参数与它们的子类型关系密切相关。类型参数不仅决定了接口或类的功能，还影响了它们的继承关系和泛型约束。例如，不能将 PayloadList<String, String> 直接赋值给 PayloadList<Integer, Integer>，即使这两个类型都继承自 List<String>，因为它们的第二个类型参数不同。

PayloadList<String, String> list1 = new SomePayloadListImpl<>();
PayloadList<Integer, Integer> list2 = new SomePayloadListImpl<>();

// 这将会报错，因为 list1 和 list2 不是相同类型，即使它们都继承自 List<String>。
list1 = list2;  // 编译错误，类型参数不同

4. 总结

• 泛型类和接口的子类型化：泛型类或接口的子类型关系由类型参数确定。只要不改变类型参数之间的关系，子类型关系就能保留。例如，ArrayList<String> 是 List<String> 的子类型，而 List<String> 又是 Collection<String> 的子类型。
• 自定义泛型接口：我们可以定义自己的泛型接口，如 PayloadList，并通过不同的类型参数创建不同的子类型。这些子类型之间仍然保持继承关系。
• 类型参数的关系：泛型类或接口的类型参数决定了它们的继承关系和可赋值性。类型参数不匹配的泛型类型不能互相赋值。

通过理解这一点，学员可以更好地理解泛型类和接口之间的继承关系，以及如何自定义泛型接口和确保类型安全。