为什么Java中泛型数组是非法的

本文翻译自《Effective Java(3rd Edition)》Item 28的节选。

数组和泛型类型有两个不同：

1. 数组是协变的（covariant），如果 Sub 是 Super 的子类，那么 Sub[] 是 Super[] 的子类；泛型是不变的（invariant），任意两个类型 T1 和 T2，List<T1> 和 List<T2> 不存在父子关系。因此，数组有更多的风险：

Object[] objectArray = new Long[1];
objectArray[0] = "I don't fit in"; // 运行时抛异常 ArrayStoreException，编译时有警告但能通过

List<Object> ol = new ArrayList<Long>(); // 编译失败，Incompatible types

2. 数组是 reified，它们会在运行时知道并强制元素类型；泛型是 erasure，它们会在编译时强制类型约束，并在运行时擦除元素类型。

Java语言语法中，泛型和数组不能混合使用，new List<E>[]、new List<String>[]、new E[] 都是非法的语句。

为什么泛型数组是非法的？因为它不是类型安全的，如果它是合法的，那么编译时生成的自动类型转换会在运行时抛出 ClassCastException，这违反了泛型类型体系对类型安全的基本保证。

举个例子：

List[] lists = new List[1];
List<Integer> intList = new ArrayList<>();
intList.add(43);
Object[] objects = lists;
objects[0] = intList;
System.out.println(lists[0].get(0));

上面的代码使用了原类型数组，这是合法的，因为 List<Integer> 是 List 的子类，原类型数组的安全隐患是出于原类型本身就存在类型安全隐患（Item 26），虽有隐患但合法。但如果改写成下面的代码片段：

List<String>[] lists = new List<>[1]; // 假设是合法的
List<Integer> intList = new ArrayList<>();
intList.add(43);
Object[] objects = lists;
objects[0] = intList;
System.out.println(lists[0].get(0)); // 编译器类型擦除时，会自动类型转换为String

除了第 1 行外，其它行的代码都是合法的，假设现在允许泛型数组，那么，在上面的第 5 行代码处，将 List<Integer> 实例存储在一个声明为只存储 List<String> 实例元素的数组中，在第 6 行取元素时，编译器会自动将 Integer 元素类型转换为 String，因此在运行时抛出 ClassCastException，这违反了泛型类型体系对类型安全的基本保证。