java - 为什么对隐藏的静态方法强制执行返回类型协变？

Question

由于 Child 中 staticMethod 的 String 返回类型，此代码无法编译。

class Parent {
    static void staticMethod() {    
    }
}

class Child extends Parent {
    static String staticMethod() {
        return null;
    }
}

我知道 §8.4.8.3 中的 JLS 8，“覆盖和隐藏的要求”说:

If a method declaration d1 with return type R1 overrides or hides the declaration of another method d2 with return type R2, then d1 must be return-type-substitutable (§8.4.5) for d2, or a compile-time error occurs.

我的问题是，在静态方法的特定情况下进行这种编译时检查的动机是什么，最好举例说明在编译期间未能进行这种验证会产生任何问题。

Answer 1

这是 Java 中最奇怪的事情之一。假设我们有以下 3 个类

public class A
{
    public static Number foo(){ return 0.1f; }
}

public class B extends A
{
}

public class C
{
    static Object x = B.foo();    
}

假设所有 3 个类都来自具有不同发布时间表的不同供应商。

在C的编译时，编译器知道方法B.foo()实际上来自A，签名是foo()->数字。但是，为调用生成的字节代码不引用 A；相反，它引用方法 B.foo()->Number。请注意，返回类型是方法引用的一部分。

当JVM执行这段代码时，它首先在B中寻找方法foo()->Number；当找不到该方法时，将搜索直接父类(super class) A，依此类推。找到并执行 A.foo()。

现在魔法开始了 - B 的供应商发布了 B 的新版本，“覆盖” A.foo

public class B extends A
{
    public static Number foo(){ return 0.2f; }
}

我们从 B 那里得到了新的二进制文件，然后再次运行我们的应用程序。 (注意 C 的二进制文件保持不变；它没有针对新的 B 重新编译。) Tada! - C.x 在运行时现在是 0.2f!!因为 JVM 这次搜索 foo()->Number 以 B 结束。

这个神奇的特性为静态方法增加了一定程度的活力。但老实说，谁需要这个功能？可能没有人。它只会造成困惑，他们希望可以消除它。

请注意，搜索方式仅适用于父链的单链 - 这就是为什么当 Java8 在接口(interface)中引入静态方法时，他们必须决定这些静态方法不被子类型继承。

让我们更深入地了解这个兔子洞。假设 B 发布了另一个版本，具有“协变返回类型”

public class B extends A
{
    public static Integer foo(){ return 42; }
}

据 B 所知，这可以很好地针对 A 进行编译。 Java 允许它，因为返回类型是“协变的”；这个功能比较新；以前，“覆盖”静态方法必须具有相同的返回类型。

这次 C.x 会是什么？它是 0.1f!因为JVM在B中没有找到foo()->Number；它位于 A 中。 JVM 将 ()->Number 和 ()->Integer 视为两种不同的方法，可能是为了支持在 JVM 上运行的一些非 Java 语言。

如果针对这个最新的B 重新编译C，C 的二进制文件将引用B.foo()->Integer；然后在运行时，C.x 将为 42。

现在，B 的供应商在听到所有提示后，决定从 B 中删除 foo，因为“覆盖”静态方法非常危险。我们从 B 获取新的二进制文件，然后再次运行 C(无需重新编译 C)——砰，运行时错误，因为在 B 或 A 中找不到 B.foo()->Integer。

这整个困惑表明允许静态方法具有“协变返回类型”是一种设计疏忽，这实际上只适用于实例方法。

更新 - 此功能在某些用例中可能很有吸引力，例如，静态工厂方法 - A.of(..) 返回 A，而 B.of(..) 返回一个更具体的 B。 API 设计者必须小心并推理潜在的危险用法。如果A和B来自同一作者，并且用户不能子类化，这种设计是很安全的。