자바에서 제네릭의 공변, 반공변, 무공변에 대해 설명해 주세요.

분야: 백엔드

자바에서 제네릭(Generic) 은 기본적으로 무공변(Invariant) 입니다. 무공변이란 타입 S, T가 있을 때 서로 관계가 없다는 것을 의미합니다.
S와 T가 서로 상속 관계이면 공변성이 있지만 제네릭은 상속 관계가 호환되지 않습니다. 따라서 타입이 정확히 일치하지 않으면 컴파일 에러가 발생합니다.

public class Animal {
}

public class Cat extends Animal {
}

List<Animal> animals = new ArrayList<Cat>(); // 컴파일 에러
List<Cat> cats = new ArrayList<Animal>(); // 컴파일 에러

무공변은 타입 안정성을 보장하지만 타입의 유연성이 부족하다는 단점이 있어, 자바에서는 와일드카드(?)와 extends, super 키워드로 공변과 반공변을 지원합니다.

공변(Covariant) 은 S가 T의 하위 타입일 때 S는 T가 될 수 있다는 것을 의미합니다.
제네릭에서는 <? extends T>를 사용하여 하위 타입을 허용하고 읽기 전용으로 사용할 수 있습니다. 쓰기는 null만 가능합니다.

반공변(Contravariant) 은 S가 T의 하위 타입일 때 T는 S가 될 수 있다는 것을 의미합니다.
제네릭에서는 <? super S>를 사용하여 상위 타입을 허용하고 쓰기 전용으로 사용할 수 있습니다. 읽기는 Object 타입으로만 가능합니다.

PECS란 무엇인가요?

PECS(Producer Extends, Consumer Super) 는 제네릭에서 와일드카드의 상위 또는 하위 경계를 설정할 때 사용하는 가이드라인입니다.
객체를 생산할 때는 <? extends T>를 사용하고, 소비할 때는 <? super T>를 사용합니다.

public void produce(List<? extends Animal> animals) { // animals가 생산자 역할
    for (Animal a : animals) {
        System.out.println(a);
    }
}

public void consume(List<? super Cat> cats) { // cats가 소비자 역할
    cats.add(new Cat());
}

<?>와