深入理解 Java 枚举

作者: 静默虚空 | 来源:发表于2019-12-16 15:25 被阅读0次

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1. 简介

enum 的全称为 enumeration，是 JDK5 中引入的特性。

在 Java 中，被 enum 关键字修饰的类型就是枚举类型。形式如下：

enum ColorEn { RED, GREEN, BLUE }

枚举的好处：可以将常量组织起来，统一进行管理。

枚举的典型应用场景：错误码、状态机等。

2. 枚举的本质

java.lang.Enum类声明

public abstract class Enum<E extends Enum<E>>
        implements Comparable<E>, Serializable { ... }

新建一个 ColorEn.java 文件，内容如下：

package io.github.dunwu.javacore.enumeration;

public enum ColorEn {
    RED,YELLOW,BLUE
}

执行 javac ColorEn.java 命令，生成 ColorEn.class 文件。

然后执行 javap ColorEn.class 命令，输出如下内容：

Compiled from "ColorEn.java"
public final class io.github.dunwu.javacore.enumeration.ColorEn extends java.lang.Enum<io.github.dunwu.javacore.enumeration.ColorEn> {
  public static final io.github.dunwu.javacore.enumeration.ColorEn RED;
  public static final io.github.dunwu.javacore.enumeration.ColorEn YELLOW;
  public static final io.github.dunwu.javacore.enumeration.ColorEn BLUE;
  public static io.github.dunwu.javacore.enumeration.ColorEn[] values();
  public static io.github.dunwu.javacore.enumeration.ColorEn valueOf(java.lang.String);
  static {};
}

💡 说明：

从上面的例子可以看出：

枚举的本质是 java.lang.Enum 的子类。

尽管 enum 看起来像是一种新的数据类型，事实上，enum 是一种受限制的类，并且具有自己的方法。枚举这种特殊的类因为被修饰为 final，所以不能继承其他类。

定义的枚举值，会被默认修饰为 public static final ，从修饰关键字，即可看出枚举值本质上是静态常量。

3. 枚举的方法

在 enum 中，提供了一些基本方法：

values()：返回 enum 实例的数组，而且该数组中的元素严格保持在 enum 中声明时的顺序。
name()：返回实例名。
ordinal()：返回实例声明时的次序，从 0 开始。
getDeclaringClass()：返回实例所属的 enum 类型。
equals() ：判断是否为同一个对象。

可以使用 == 来比较enum实例。

此外，java.lang.Enum实现了Comparable和 Serializable 接口，所以也提供 compareTo() 方法。

例：展示 enum 的基本方法

public class EnumMethodDemo {
    enum Color {RED, GREEN, BLUE;}
    enum Size {BIG, MIDDLE, SMALL;}
    public static void main(String args[]) {
        System.out.println("=========== Print all Color ===========");
        for (Color c : Color.values()) {
            System.out.println(c + " ordinal: " + c.ordinal());
        }
        System.out.println("=========== Print all Size ===========");
        for (Size s : Size.values()) {
            System.out.println(s + " ordinal: " + s.ordinal());
        }

        Color green = Color.GREEN;
        System.out.println("green name(): " + green.name());
        System.out.println("green getDeclaringClass(): " + green.getDeclaringClass());
        System.out.println("green hashCode(): " + green.hashCode());
        System.out.println("green compareTo Color.GREEN: " + green.compareTo(Color.GREEN));
        System.out.println("green equals Color.GREEN: " + green.equals(Color.GREEN));
        System.out.println("green equals Size.MIDDLE: " + green.equals(Size.MIDDLE));
        System.out.println("green equals 1: " + green.equals(1));
        System.out.format("green == Color.BLUE: %b\n", green == Color.BLUE);
    }
}

输出

=========== Print all Color ===========
RED ordinal: 0
GREEN ordinal: 1
BLUE ordinal: 2
=========== Print all Size ===========
BIG ordinal: 0
MIDDLE ordinal: 1
SMALL ordinal: 2
green name(): GREEN
green getDeclaringClass(): class org.zp.javase.enumeration.EnumDemo$Color
green hashCode(): 460141958
green compareTo Color.GREEN: 0
green equals Color.GREEN: true
green equals Size.MIDDLE: false
green equals 1: false
green == Color.BLUE: false

4. 枚举的特性

枚举的特性，归结起来就是一句话：

除了不能继承，基本上可以将 enum 看做一个常规的类。

但是这句话需要拆分去理解，让我们细细道来。

4.1. 基本特性

如果枚举中没有定义方法，也可以在最后一个实例后面加逗号、分号或什么都不加。

如果枚举中没有定义方法，枚举值默认为从 0 开始的有序数值。以 Color 枚举类型举例，它的枚举常量依次为 RED：0，GREEN：1，BLUE：2。

4.2. 枚举可以添加方法

在概念章节提到了，枚举值默认为从 0 开始的有序数值 。那么问题来了：如何为枚举显式的赋值。

（1）Java 不允许使用 = 为枚举常量赋值

如果你接触过 C/C++，你肯定会很自然的想到赋值符号 = 。在 C/C++语言中的 enum，可以用赋值符号=显式的为枚举常量赋值；但是，很遗憾，Java 语法中却不允许使用赋值符号 = 为枚举常量赋值。

例：C/C++ 语言中的枚举声明

typedef enum {
    ONE = 1,
    TWO,
    THREE = 3,
    TEN = 10
} Number;

（2）枚举可以添加普通方法、静态方法、抽象方法、构造方法

Java 虽然不能直接为实例赋值，但是它有更优秀的解决方案：为 enum 添加方法来间接实现显式赋值。

创建 enum 时，可以为其添加多种方法，甚至可以为其添加构造方法。

注意一个细节：如果要为 enum 定义方法，那么必须在 enum 的最后一个实例尾部添加一个分号。此外，在 enum 中，必须先定义实例，不能将字段或方法定义在实例前面。否则，编译器会报错。

例：全面展示如何在枚举中定义普通方法、静态方法、抽象方法、构造方法

public enum ErrorCodeEn {
    OK(0) {
        @Override
        public String getDescription() {
            return "成功";
        }
    },
    ERROR_A(100) {
        @Override
        public String getDescription() {
            return "错误A";
        }
    },
    ERROR_B(200) {
        @Override
        public String getDescription() {
            return "错误B";
        }
    };

    private int code;

    // 构造方法：enum的构造方法只能被声明为private权限或不声明权限
    private ErrorCodeEn(int number) { // 构造方法
        this.code = number;
    }

    public int getCode() { // 普通方法
        return code;
    } // 普通方法

    public abstract String getDescription(); // 抽象方法

    public static void main(String args[]) { // 静态方法
        for (ErrorCodeEn s : ErrorCodeEn.values()) {
            System.out.println("code: " + s.getCode() + ", description: " + s.getDescription());
        }
    }
}
// Output:
// code: 0, description: 成功
// code: 100, description: 错误A
// code: 200, description: 错误B

注：上面的例子并不可取，仅仅是为了展示枚举支持定义各种方法。正确的例子情况错误码示例

4.3. 枚举可以实现接口

enum 可以像一般类一样实现接口。

同样是实现上一节中的错误码枚举类，通过实现接口，可以约束它的方法。

public interface INumberEnum {
    int getCode();
    String getDescription();
}

public enum ErrorCodeEn2 implements INumberEnum {
    OK(0, "成功"),
    ERROR_A(100, "错误A"),
    ERROR_B(200, "错误B");

    ErrorCodeEn2(int number, String description) {
        this.code = number;
        this.description = description;
    }

    private int code;
    private String description;

    @Override
    public int getCode() {
        return code;
    }

    @Override
    public String getDescription() {
        return description;
    }
}

4.4. 枚举不可以继承

enum 不可以继承另外一个类，当然，也不能继承另一个 enum 。

因为 enum 实际上都继承自 java.lang.Enum 类，而 Java 不支持多重继承，所以 enum 不能再继承其他类，当然也不能继承另一个 enum。

5. 枚举的应用

5.1. 组织常量

在 JDK5 之前，在 Java 中定义常量都是public static final TYPE a; 这样的形式。有了枚举，你可以将有关联关系的常量组织起来，使代码更加易读、安全，并且还可以使用枚举提供的方法。

下面三种声明方式是等价的：

enum Color { RED, GREEN, BLUE }
enum Color { RED, GREEN, BLUE, }
enum Color { RED, GREEN, BLUE; }

5.2. switch 状态机

我们经常使用 switch 语句来写状态机。JDK7 以后，switch 已经支持 int、char、String、enum 类型的参数。这几种类型的参数比较起来，使用枚举的 switch 代码更具有可读性。

public class StateMachineDemo {
    public enum Signal {
        GREEN, YELLOW, RED
    }

    public static String getTrafficInstruct(Signal signal) {
        String instruct = "信号灯故障";
        switch (signal) {
            case RED:
                instruct = "红灯停";
                break;
            case YELLOW:
                instruct = "黄灯请注意";
                break;
            case GREEN:
                instruct = "绿灯行";
                break;
            default:
                break;
        }
        return instruct;
    }

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(getTrafficInstruct(Signal.RED));
    }
}
// Output:
// 红灯停

5.3. 错误码

枚举常被用于定义程序错误码。下面是一个简单示例：

public class ErrorCodeEnumDemo {
    enum ErrorCodeEn {
        OK(0, "成功"),
        ERROR_A(100, "错误A"),
        ERROR_B(200, "错误B");

        ErrorCodeEn(int number, String msg) {
            this.code = number;
            this.msg = msg;
        }

        private int code;
        private String msg;

        public int getCode() {
            return code;
        }

        public String getMsg() {
            return msg;
        }

        @Override
        public String toString() {
            return "ErrorCodeEn{" + "code=" + code + ", msg='" + msg + '\'' + '}';
        }

        public static String toStringAll() {
            StringBuilder sb = new StringBuilder();
            sb.append("ErrorCodeEn All Elements: [");
            for (ErrorCodeEn code : ErrorCodeEn.values()) {
                sb.append(code.getCode()).append(", ");
            }
            sb.append("]");
            return sb.toString();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(ErrorCodeEn.toStringAll());
        for (ErrorCodeEn s : ErrorCodeEn.values()) {
            System.out.println(s);
        }
    }
}
// Output:
// ErrorCodeEn All Elements: [0, 100, 200, ]
// ErrorCodeEn{code=0, msg='成功'}
// ErrorCodeEn{code=100, msg='错误A'}
// ErrorCodeEn{code=200, msg='错误B'}

5.4. 组织枚举

可以将类型相近的枚举通过接口或类组织起来，但是一般用接口方式进行组织。

原因是：Java 接口在编译时会自动为 enum 类型加上public static修饰符；Java 类在编译时会自动为 enum 类型加上 static 修饰符。看出差异了吗？没错，就是说，在类中组织 enum，如果你不给它修饰为 public，那么只能在本包中进行访问。

例：在接口中组织 enum

public class EnumInInterfaceDemo {
    public interface INumberEnum {
        int getCode();
        String getDescription();
    }


    public interface Plant {
        enum Vegetable implements INumberEnum {
            POTATO(0, "土豆"),
            TOMATO(0, "西红柿");

            Vegetable(int number, String description) {
                this.code = number;
                this.description = description;
            }

            private int code;
            private String description;

            @Override
            public int getCode() {
                return this.code;
            }

            @Override
            public String getDescription() {
                return this.description;
            }
        }


        enum Fruit implements INumberEnum {
            APPLE(0, "苹果"),
            ORANGE(0, "桔子"),
            BANANA(0, "香蕉");

            Fruit(int number, String description) {
                this.code = number;
                this.description = description;
            }

            private int code;
            private String description;

            @Override
            public int getCode() {
                return this.code;
            }

            @Override
            public String getDescription() {
                return this.description;
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        for (Plant.Fruit f : Plant.Fruit.values()) {
            System.out.println(f.getDescription());
        }
    }
}
// Output:
// 苹果
// 桔子
// 香蕉

例：在类中组织 enum

本例和上例效果相同。

public class EnumInClassDemo {
    public interface INumberEnum {
        int getCode();
        String getDescription();
    }

    public static class Plant2 {
        enum Vegetable implements INumberEnum {
            // 略，与上面完全相同
        }
        enum Fruit implements INumberEnum {
            // 略，与上面完全相同
        }
    }

    // 略
}
// Output:
// 土豆
// 西红柿

5.5. 策略枚举

Effective Java 中展示了一种策略枚举。这种枚举通过枚举嵌套枚举的方式，将枚举常量分类处理。

这种做法虽然没有 switch 语句简洁，但是更加安全、灵活。

例：EffectvieJava 中的策略枚举范例

enum PayrollDay {
    MONDAY(PayType.WEEKDAY), TUESDAY(PayType.WEEKDAY), WEDNESDAY(
            PayType.WEEKDAY), THURSDAY(PayType.WEEKDAY), FRIDAY(PayType.WEEKDAY), SATURDAY(
            PayType.WEEKEND), SUNDAY(PayType.WEEKEND);

    private final PayType payType;

    PayrollDay(PayType payType) {
        this.payType = payType;
    }

    double pay(double hoursWorked, double payRate) {
        return payType.pay(hoursWorked, payRate);
    }

    // 策略枚举
    private enum PayType {
        WEEKDAY {
            double overtimePay(double hours, double payRate) {
                return hours <= HOURS_PER_SHIFT ? 0 : (hours - HOURS_PER_SHIFT)
                        * payRate / 2;
            }
        },
        WEEKEND {
            double overtimePay(double hours, double payRate) {
                return hours * payRate / 2;
            }
        };
        private static final int HOURS_PER_SHIFT = 8;

        abstract double overtimePay(double hrs, double payRate);

        double pay(double hoursWorked, double payRate) {
            double basePay = hoursWorked * payRate;
            return basePay + overtimePay(hoursWorked, payRate);
        }
    }
}

测试

System.out.println("时薪100的人在周五工作8小时的收入：" + PayrollDay.FRIDAY.pay(8.0, 100));
System.out.println("时薪100的人在周六工作8小时的收入：" + PayrollDay.SATURDAY.pay(8.0, 100));

5.6. 枚举实现单例模式

单例模式是最常用的设计模式。

单例模式在并发环境下存在线程安全问题。

为了线程安全问题，传统做法有以下几种：

饿汉式加载
懒汉式 synchronize 和双重检查
利用 java 的静态加载机制

相比上述的方法，使用枚举也可以实现单例，而且还更加简单：

public class SingleEnumDemo {
    public enum SingleEn {

        INSTANCE;

        private String name;

        public String getName() {
            return name;
        }

        public void setName(String name) {
            this.name = name;
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        SingleEn.INSTANCE.setName("zp");
        System.out.println(SingleEn.INSTANCE.getName());
    }
}

扩展阅读：深入理解 Java 枚举类型(enum)

这篇文章对于 Java 枚举的特性讲解很仔细，其中对于枚举实现单例和传统单例实现方式说的尤为细致。

6. 枚举工具类

Java 中提供了两个方便操作 enum 的工具类——EnumSet 和 EnumMap。

6.1. EnumSet

EnumSet 是枚举类型的高性能 Set 实现。它要求放入它的枚举常量必须属于同一枚举类型。

主要接口：

noneOf - 创建一个具有指定元素类型的空 EnumSet
allOf - 创建一个指定元素类型并包含所有枚举值的 EnumSet
range - 创建一个包括枚举值中指定范围元素的 EnumSet
complementOf - 初始集合包括指定集合的补集
of - 创建一个包括参数中所有元素的 EnumSet
copyOf - 创建一个包含参数容器中的所有元素的 EnumSet

示例：

public class EnumSetDemo {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("EnumSet展示");
        EnumSet<ErrorCodeEn> errSet = EnumSet.allOf(ErrorCodeEn.class);
        for (ErrorCodeEn e : errSet) {
            System.out.println(e.name() + " : " + e.ordinal());
        }
    }
}

6.2. EnumMap

EnumMap 是专门为枚举类型量身定做的 Map 实现。虽然使用其它的 Map 实现（如 HashMap）也能完成枚举类型实例到值得映射，但是使用 EnumMap 会更加高效：它只能接收同一枚举类型的实例作为键值，并且由于枚举类型实例的数量相对固定并且有限，所以 EnumMap 使用数组来存放与枚举类型对应的值。这使得 EnumMap 的效率非常高。

主要接口：

size - 返回键值对数
containsValue - 是否存在指定的 value
containsKey - 是否存在指定的 key
get - 根据指定 key 获取 value
put - 取出指定的键值对
remove - 删除指定 key
putAll - 批量取出键值对
clear - 清除数据
keySet - 获取 key 集合
values - 返回所有

示例：

public class EnumMapDemo {
    public enum Signal {
        GREEN, YELLOW, RED
    }

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("EnumMap展示");
        EnumMap<Signal, String> errMap = new EnumMap(Signal.class);
        errMap.put(Signal.RED, "红灯");
        errMap.put(Signal.YELLOW, "黄灯");
        errMap.put(Signal.GREEN, "绿灯");
        for (Iterator<Map.Entry<Signal, String>> iter = errMap.entrySet().iterator(); iter.hasNext();) {
            Map.Entry<Signal, String> entry = iter.next();
            System.out.println(entry.getKey().name() + " : " + entry.getValue());
        }
    }
}

扩展阅读：深入理解 Java 枚举类型(enum)

这篇文章中对 EnumSet 和 EnumMap 原理做了较为详细的介绍。

7. 小结

img

深入理解 Java 枚举

1. 简介

2. 枚举的本质

3. 枚举的方法

4. 枚举的特性

4.1. 基本特性

4.2. 枚举可以添加方法

4.3. 枚举可以实现接口

4.4. 枚举不可以继承

5. 枚举的应用

5.1. 组织常量

5.2. switch 状态机

5.3. 错误码

5.4. 组织枚举

5.5. 策略枚举

5.6. 枚举实现单例模式

6. 枚举工具类

6.1. EnumSet

6.2. EnumMap

7. 小结

8. 参考资料

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