在类型系统中，协变（covariance） 和 逆变（contravariance） 统称为 型变（variance） 。它们描述的是在类型变换的作用下，子类型关系是否以及如何发生变化。

什么是型变（Variance）？

我们先看一个抽象模型：

• 设有两个类型 X 和 Y，若 X ≤ Y 表示 X 是 Y 的子类型。
• 设 f 是一种 类型变换 ，即将类型映射为另一个复合类型，例如：f(T) 可以是 List<T>、T[] 等。
• 那么根据 f(X) 与 f(Y) 的子类型关系，我们可以将 f 分为以下四类：

✅ 型变描述的是：子类型关系在类型变换之后是否还能“传递下去”。

示例说明：以 Animal 和 Cat 为例

假设：

Cat ≤ Animal

也就是说 Cat 是 Animal 的子类。那么不同类型变换下构造出来的新类型关系可能如下：

1. 协变（Covariant） ：类型关系保持

比如 Java 的数组类型：

Animal[] animals = new Cat[10]; // 合法

Cat[] ≤ Animal[]，数组类型保持了原始的子类型关系 —— 说明 Java 中的数组是 协变的 。

还有Java 的泛型通配符 <? extends T>：

List<? extends Animal> list = new ArrayList<Cat>();
Animal a = list.get(0); // ✅ 安全读取
list.add(new Dog());    // ❌ 编译错误，不能写入

此时，你不能往 list 中添加任何元素（除了 null），但可以安全地读取出 Animal 类型的对象。

这就是协变的典型特征：“只读” —— 你可以读取（out），但不能写入（in）。

2. 逆变（Contravariant） ：类型关系反转

比如 Java 的泛型通配符 <? super T>：

List<? super Cat> list = new ArrayList<Animal>(); // 合法
list.add(new Cat());     // ✅ 合法：写入 Cat
list.add(new BlackCat()); // ✅ 合法：BlackCat extends Cat

Object o = list.get(0);   // ✅ 合法，但只能是 Object 类型
Cat c = list.get(0);      // ❌ 编译错误：无法确保读出来的就是 Cat

虽然 Cat ≤ Animal，但 List<Animal> 却能赋值给 List<? super Cat>，说明泛型的 super 位置是 逆变的 。此时，你可以往list写入，但是不能读取。
这就是协变的典型特征：“只写” —— 你可以写入（out），但不能读取（in）。

3. 不可变（Invariant） ：关系不传递

Java 中普通泛型默认是不可变的：

List<Cat> cats = new ArrayList<>();
List<Animal> animals = cats; // ❌ 编译错误

即使 Cat ≤ Animal，但 List<Cat> 与 List<Animal> 没有任何子类型关系，说明泛型 List<T> 是默认 不可变的 。

4. 双变（Bivariant） ：Java 不支持，但其他语言可能支持

在一些语言或场景下，某些类型可能既支持协变又支持逆变，比如某些函数类型或结构体字段类型，但 Java 中几乎不支持双变（由于类型安全问题）。

小结