Java中的枚舉，一些不為人知的干貨都在這了
Java枚舉，也稱作Java枚舉類型，是一種字段由一組固定常量集合組成的類型。枚舉的主要目的是加強(qiáng)編譯時(shí)類型的安全性。enum關(guān)鍵字是Java中的保留關(guān)鍵字。
在編譯或設(shè)計(jì)時(shí)，當(dāng)我們知道所有變量的可能性時(shí)，盡量使用枚舉類型。本篇文章就帶大家全面系統(tǒng)的了解枚舉的使用，以及會(huì)遇到的一些問題。
Java中的枚舉
枚舉通常是一組相關(guān)的常量集合，其他編程語言很早就開始用枚舉了，比如C++。從JDK1.5起，Java也開始支持枚舉類型。
枚舉是一種特殊的數(shù)據(jù)類型，它既是一種類(class)類型卻又比類類型多了些特殊的約束，這些約束也造就了枚舉類型的簡潔性、安全性以及便捷性。
在Java中，通過enum來聲明枚舉類型，默認(rèn)繼承自java.lang.Enum。所以聲明枚舉類時(shí)無法再繼承其他類。
枚舉聲明
在生活中我們會(huì)經(jīng)常辨認(rèn)方向，東南西北，它們的名稱、屬性等基本都是確定的，我們就可以將其聲明為枚舉類型：
public enum Direction {
EAST, WEST, NORTH, SOUTH;
}
同樣，每周七天也可以聲明成枚舉類型：
enum Day {
MONDAY, TUESDAY, WEDNESDAY,
THURSDAY, FRIDAY, SATURDAY, SUNDAY
}
在沒有枚舉或沒使用枚舉的情況下，并不是說不可以定義變量，我們可以通過類或接口進(jìn)行常量的定義：
public class Day {
public static final int MONDAY =1;
public static final int TUESDAY=2;
public static final int WEDNESDAY=3;
public static final int THURSDAY=4;
public static final int FRIDAY=5;
public static final int SATURDAY=6;
public static final int SUNDAY=7;
}
但這樣存在許多不足，如在類型安全和使用方便性上。如果存在定義int值相同的變量，混淆的幾率還是很大的，編譯器也不會(huì)提出任何警告。因此，當(dāng)能使用枚舉的時(shí)候，并不提倡這種寫法。
枚舉的底層實(shí)現(xiàn)
上面我們已經(jīng)說了，枚舉是一個(gè)特殊的類，每一個(gè)枚舉項(xiàng)本質(zhì)上都是枚舉類自身的實(shí)例。
因此，上面枚舉類Direction可以通過下面代碼進(jìn)行示例：
final class Direction extends Enum{
public final static Direction EAST = new Direction();
public final static Direction WEST = new Direction();
public final static Direction NORTH = new Direction();
public final static Direction SOUTH = new Direction();
}
首先通過javac命令對Direction進(jìn)行編譯，然后通過javap命令來查看一下對應(yīng)class文件內(nèi)容：
bogon:enums apple$ javap Direction.class
Compiled from "Direction.java"
public final class com.choupangxia.enums.Direction extends java.lang.Enum<com.choupangxia.enums.Direction> {
public static final com.choupangxia.enums.Direction EAST;
public static final com.choupangxia.enums.Direction WEST;
public static final com.choupangxia.enums.Direction NORTH;
public static final com.choupangxia.enums.Direction SOUTH;
public static com.choupangxia.enums.Direction[] values();
public static com.choupangxia.enums.Direction valueOf(java.lang.String);
static {};
}
可以看到，一個(gè)枚舉在經(jīng)過編譯器編譯過后，變成了一個(gè)抽象類，它繼承了java.lang.Enum；而枚舉中定義的枚舉常量，變成了相應(yīng)的public static final屬性，而且其類型就抽象類的類型，名字就是枚舉常量的名字。
枚舉使用實(shí)例
通過上面的反編譯我們可以看到，枚舉的選項(xiàng)本質(zhì)上就是public static final的變量，所以就把它當(dāng)做這樣的變量使用即可。
public class EnumExample {
public static void main(String[] args) {
Direction north = Direction.NORTH;
System.out.println(north); //Prints NORTH
}
}
枚舉的ordinal()方法
ordinal()方法用于獲取枚舉變量在枚舉類中聲明的順序，下標(biāo)從0開始，與數(shù)組中的下標(biāo)很相似。它的設(shè)計(jì)是用于EumSet和EnumMap復(fù)雜的基于枚舉的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)使用。
Direction.EAST.ordinal(); //0
Direction.NORTH.ordinal(); //2
需要注意的是如果枚舉項(xiàng)聲明的位置發(fā)生了變化，那么ordinal方法的值也隨之變化。所以，進(jìn)來避免使用該方法。不然，當(dāng)枚舉項(xiàng)比較多時(shí)，別人在中間增刪一項(xiàng)，會(huì)導(dǎo)致后續(xù)的所有順序變化。
枚舉的values()和valueOf()
values()方法可獲取枚舉類中的所有變量，并作為數(shù)組返回：
Direction[] directions = Direction.values();
for (Direction d : directions) {
System.out.println(d);
}
//Output:
EAST
WEST
NORTH
SOUTH
values()方法是由編譯器插入到枚舉類中的static方法，而它的父類Enum中并不存在這個(gè)方法。
valueOf(String name)方法與Enum類中的valueOf方法的作用類似根據(jù)名稱獲取枚舉變量，同樣是由編譯器生成的，但更簡潔些，只需傳遞一個(gè)參數(shù)。
Direction east = Direction.valueOf("EAST");
System.out.println(east);
//Output:
EAST
枚舉命名約定
按照約定，枚舉屬于常量，因此采用所有字母大寫，下劃線分割的風(fēng)格（UPPER_CASE）。也就是說枚舉類名與普通類約定一樣，而枚舉中的變量與靜態(tài)變量的命名規(guī)范一致。
枚舉的構(gòu)造方法
默認(rèn)情況下，枚舉類是不需要構(gòu)造方法的，默認(rèn)的變量就是聲明時(shí)的字符串。當(dāng)然，你也可以通過自定義構(gòu)造方法，來初始化枚舉的一些狀態(tài)信息。通常情況下，我們會(huì)在構(gòu)造參數(shù)中傳入兩個(gè)參數(shù)，比如，一個(gè)編碼，一個(gè)描述。
以上面的方向?yàn)槔?/p>
public enum Direction {
// enum fields
EAST(0), WEST(180), NORTH(90), SOUTH(270);
// constructor
private Direction(final int angle) {
this.angle = angle;
}
// internal state
private int angle;
public int getAngle() {
return angle;
}
}
如果我們想訪問每個(gè)方向的角度，可以通過簡單的方法調(diào)用：
Direction north = Direction.NORTH;
System.out.println(north); //NORTH
System.out.println(north.getAngle()); //90
System.out.println(Direction.NORTH.getAngle()); //90
枚舉中的方法
枚舉就是一個(gè)特殊的類，因此也可以像普通的類一樣擁有方法和屬性。在枚舉中不僅可以聲明具體的方法，還可以聲明抽象方法。
方法的訪問權(quán)限可以是private、protected和public。可以通過這些方法返回枚舉項(xiàng)的值，也可以做一些內(nèi)部的私有處理。
public enum Direction {
// enum fields
EAST, WEST, NORTH, SOUTH;
protected String printDirection() {
String message = "You are moving in " + this + " direction";
System.out.println( message );
return message;
}
}
對應(yīng)方法的使用如下：
Direction.NORTH.printDirection();
Direction.EAST.printDirection();
枚舉類中還可以定義抽象的方法，但每個(gè)枚舉項(xiàng)中必須實(shí)現(xiàn)對應(yīng)的抽象方法：
public enum Direction
{
// enum fields
EAST {
@Override
public String printDirection() {
String message = "You are moving in east. You will face sun in morning time.";
return message;
}
},
WEST {
@Override
public String printDirection() {
String message = "You are moving in west. You will face sun in evening time.";
return message;
}
},
NORTH {
@Override
public String printDirection() {
String message = "You are moving in north. You will face head in daytime.";
return message;
}
},
SOUTH {
@Override
public String printDirection() {
String message = "You are moving in south. Sea ahead.";
return message;
}
};
public abstract String printDirection();
}
抽象方法的調(diào)用，與普通方法一樣：
Direction.NORTH.printDirection();
Direction.EAST.printDirection();
通過這種方式就可以輕而易舉地定義每個(gè)枚舉實(shí)例的不同行為方式。比如需要每個(gè)枚舉項(xiàng)都打印出方向的名稱，就可以定義這么一個(gè)抽象的方法。
上面的實(shí)例enum類似乎表現(xiàn)出了多態(tài)的特性，可惜的是枚舉類型的實(shí)例終究不能作為類型傳遞使用。下面的方式編譯器都無法通過：
//無法通過編譯，Direction.NORTH是個(gè)實(shí)例對象
public void text(Direction.NORTH instance){ }
枚舉的繼承
上面已經(jīng)提到過枚舉繼承自java.lang.Enum，Enum是一個(gè)抽象類：
public abstract class Enum<E extends Enum<E>>
implements Comparable<E>, Serializable {
// ...
}
也就是說，所有的枚舉類都支持比較（Comparable）和序列化（Serializable）的特性。也正因?yàn)樗械拿杜e類都繼承了Enum，所以無法再繼承其他類了，但是可以實(shí)現(xiàn)接口。
枚舉的比較
所有的枚舉默認(rèn)都是Comparable和單例的，因此可以通過equals方法進(jìn)行比較，甚至可以直接用雙等號(hào)“==”進(jìn)行比較。
Direction east = Direction.EAST;
Direction eastNew = Direction.valueOf("EAST");
System.out.println( east == eastNew ); //true
System.out.println( east.equals( eastNew ) ); //true
枚舉集合：EnumSet和EnumMap
在java.util包下引入了兩個(gè)枚舉集合類：EnumSet和EnumMap。
EnumSet
EnumSet類的定義如下：
public abstract class EnumSet<E extends Enum<E>> extends AbstractSet<E>
implements Cloneable, java.io.Serializable{
// ...
}
EnumSet是與枚舉類型一起使用的專用Set集合，EnumSet中所有元素都必須是枚舉類型。與其他Set接口的實(shí)現(xiàn)類HashSet/TreeSet不同的是，EnumSet在內(nèi)部實(shí)現(xiàn)是位向量。
位向量是一種極為高效的位運(yùn)算操作，由于直接存儲(chǔ)和操作都是bit，因此EnumSet空間和時(shí)間性能都十分可觀，足以媲美傳統(tǒng)上基于int的“位標(biāo)志”的運(yùn)算，關(guān)鍵是我們可像操作set集合一般來操作位運(yùn)算。
EnumSet不允許使用null元素，試圖插入null將拋出 NullPointerException，但測試判斷是否存在null元素或移除null元素則不會(huì)拋出異常，與大多數(shù)Collection實(shí)現(xiàn)一樣，EnumSet不是線程安全的，在多線程環(huán)境下需注意數(shù)據(jù)同步問題。
使用實(shí)例：
public class Test {
public static void main(String[] args) {
Set enumSet = EnumSet.of( Direction.EAST,
Direction.WEST,
Direction.NORTH,
Direction.SOUTH
);
}
}
EnumMap
EnumMap的聲明如下：
public class EnumMap<K extends Enum<K>, V> extends AbstractMap<K, V>
implements java.io.Serializable, Cloneable
{}
與EnumSet類似，EnumMap是一個(gè)特殊的Map，Map的Key必須是枚舉類型。EnumMap內(nèi)部是通過數(shù)組實(shí)現(xiàn)的，效率比普通的Map更高一些。EnumMap的key值不能為null，并且EnumMap也不是線程安全的。
EnumMap使用實(shí)例如下：
public class Test {
public static void main(String[] args){
//Keys can be only of type Direction
Map enumMap = new EnumMap(Direction.class);
//Populate the Map
enumMap.put(Direction.EAST, Direction.EAST.getAngle());
enumMap.put(Direction.WEST, Direction.WEST.getAngle());
enumMap.put(Direction.NORTH, Direction.NORTH.getAngle());
enumMap.put(Direction.SOUTH, Direction.SOUTH.getAngle());
}
}
枚舉與switch
使用switch進(jìn)行條件判斷時(shí)，條件參數(shù)一般只能是整型，字符型，同時(shí)也支持枚舉型，在java7后switch也對字符串進(jìn)行了支持。
使用實(shí)例如下：
enum Color {GREEN,RED,BLUE}
public class EnumDemo4 {
public static void printName(Color color){
switch (color){
//無需使用Color進(jìn)行引用
case BLUE:
System.out.println("藍(lán)色");
break;
case RED:
System.out.println("紅色");
break;
case GREEN:
System.out.println("綠色");
break;
}
}
public static void main(String[] args){
printName(Color.BLUE);
printName(Color.RED);
printName(Color.GREEN);
}
}
枚舉與單例
單例模式是日常使用中最常見的設(shè)計(jì)模式之一了，單例的實(shí)現(xiàn)有很多種實(shí)現(xiàn)方法（餓漢模式、懶漢模式等），這里就不再贅述，只以一個(gè)最普通的單例來做對照，進(jìn)而看看基于枚舉如何來實(shí)現(xiàn)單例模式。
餓漢模式的實(shí)現(xiàn)：
public class Singleton {
private static Singleton instance = new Singleton();
private Singleton() {
}
public static Singleton getInstance() {
return instance;
}
}
簡單直接，缺點(diǎn)是可能在還不需要時(shí)就把實(shí)例創(chuàng)建出來了，沒起到lazy loading的效果。優(yōu)點(diǎn)就是實(shí)現(xiàn)簡單，而且安全可靠。
這樣一個(gè)單例場景，如果通過枚舉進(jìn)行實(shí)現(xiàn)如下：
public enum Singleton {
INSTANCE;
public void doSomething() {
System.out.println("doSomething");
}
}
在effective java中說道，最佳的單例實(shí)現(xiàn)模式就是枚舉模式。利用枚舉的特性，讓JVM來幫我們保證線程安全和單一實(shí)例的問題。除此之外，寫法還特別簡單。
直接通過Singleton.INSTANCE.doSomething()的方式調(diào)用即可。方便、簡潔又安全。
小結(jié)
枚舉在日常編碼中幾乎是必不可少的，如何用好，如何用精，還需要基礎(chǔ)知識(shí)的鋪墊，本文也正是基于此帶大家從頭到尾梳理了一遍。有所收獲就點(diǎn)個(gè)贊吧。
2021-03-10
2021-03-10
2021-03-08
