Является ли List<Dog> подклассом List<Animal>? Почему дженерики в Java не полиморфны?

Краткий ответ: нет, List<Dog> не является подклассом List<Animal>

Это один из самых распространённых вопросов у новичков в Java. Интуитивно кажется, что раз Dog — это Animal, то и список собак должен быть списком животных. Но в Java дженерики инвариантны (invariant). Это значит, что List<Dog> и List<Animal> — это два совершенно разных, не связанных типа, даже несмотря на наследование между Dog и Animal.

Почему так сделано? — Безопасность типов

Представьте, что Java разрешила бы такое присваивание:

List<Dog> dogs = new ArrayList<>();
List<Animal> animals = dogs; // Гипотетически разрешено
animals.add(new Cat("Tom"));  // Добавляем кота в список собак!
Dog myDog = dogs.get(0);      // ClassCastException! В списке лежит Cat

Если бы List<Dog> был подклассом List<Animal>, мы могли бы добавить в список собак кота (через ссылку на список животных). А потом, когда мы достаём элемент из списка собак, мы ожидаем Dog, а получаем Cat — и ловим исключение в рантайме. Дженерики были созданы именно для того, чтобы предотвратить такие ошибки на этапе компиляции. Поэтому компилятор запрещает такое преобразование.

Как правильно решить задачу? — Wildcards (маски)

Для случаев, когда нам нужно работать с любым подтипом, Java предоставляет wildcards (символ подстановки ?). Чтобы метод мог принимать список любых животных (и их подтипов), используйте верхнюю границу (upper bound):

public static void printAnimalNames(List<? extends Animal> animals) {
    for (Animal a : animals) {
        System.out.println(a.getName());
    }
}

Теперь метод принимает List<Dog>, List<Cat> и даже List<Animal>. Но есть важное ограничение: вы не можете добавлять элементы в такой список (кроме null). Компилятор не знает, какой конкретно тип хранится в списке, поэтому он блокирует запись, чтобы не нарушить безопасность типов.

Другие варианты wildcards

• List<? extends Animal> — список неизвестного типа, который является Animal или его подтипом (Producer — только читаем).
• List<? super Dog> — список неизвестного типа, который является Dog или его супертипом (Consumer — можно писать Dog и его подтипы).
• List<?> — список любого типа (unbounded wildcard).

Это правило называют PECS (Producer Extends, Consumer Super): если вы только читаете из коллекции — используйте extends; если только пишете — используйте super.

Итог

Дженерики не полиморфны, потому что они должны гарантировать безопасность типов во время компиляции. Если вам нужен полиморфизм для коллекций — используйте wildcards. В вашем случае правильное решение — List<? extends Animal>.

Dog[] dogs = new Dog[2];
Animal[] animals = dogs; // Работает!
animals[0] = new Cat();  // Ошибка в рантайме: ArrayStoreException