Java-deep enum

作者: jiangmo | 来源:发表于2018-02-09 14:03 被阅读15次

概念

枚举类型（Enumerated Type）很早就出现在编程语言中，它被用来将一组类似的值包含到一种类型当中。而这种枚举类型的名称则会被定义成独一无二的类型描述符，在这一点上和常量的定义相似。不过相比较常量类型，枚举类型可以为申明的变量提供更大的取值范围。

用法

常量

public enum Color {  
  RED, GREEN, BLANK, YELLOW  
}

switch

enum Signal {  
    GREEN, YELLOW, RED  
}  
public class TrafficLight {  
    Signal color = Signal.RED;  
    public void change() {  
        switch (color) {  
        case RED:  
            color = Signal.GREEN;  
            break;  
        case YELLOW:  
            color = Signal.RED;  
            break;  
        case GREEN:  
            color = Signal.YELLOW;  
            break;  
        }  
    }  
}

向枚举中添加新方法

public enum Color {  
    RED("红色", 1), GREEN("绿色", 2), BLANK("白色", 3), YELLO("黄色", 4);  
    // 成员变量  
    private String name;  
    private int index;  
    // 构造方法  
    private Color(String name, int index) {  
        this.name = name;  
        this.index = index;  
    }  
    // 普通方法  
    public static String getName(int index) {  
        for (Color c : Color.values()) {  
            if (c.getIndex() == index) {  
                return c.name;  
            }  
        }  
        return null;  
    }  
    // get set 方法  
    public String getName() {  
        return name;  
    }  
    public void setName(String name) {  
        this.name = name;  
    }  
    public int getIndex() {  
        return index;  
    }  
    public void setIndex(int index) {  
        this.index = index;  
    }  
}

覆盖枚举的方法

public enum Color {  
    RED("红色", 1), GREEN("绿色", 2), BLANK("白色", 3), YELLO("黄色", 4);  
    // 成员变量  
    private String name;  
    private int index;  
    // 构造方法  
    private Color(String name, int index) {  
        this.name = name;  
        this.index = index;  
    }  
    //覆盖方法  
    @Override  
    public String toString() {  
        return this.index+"_"+this.name;  
    }  
}

实现接口

所有的枚举都继承自java.lang.Enum类。由于Java 不支持多继承，所以枚举对象不能再继承其他类。

public interface Behaviour {  
    void print();  
    String getInfo();  
}  
public enum Color implements Behaviour{  
    RED("红色", 1), GREEN("绿色", 2), BLANK("白色", 3), YELLO("黄色", 4);  
    // 成员变量  
    private String name;  
    private int index;  
    // 构造方法  
    private Color(String name, int index) {  
        this.name = name;  
        this.index = index;  
    }  
//接口方法  
    @Override  
    public String getInfo() {  
        return this.name;  
    }  
    //接口方法  
    @Override  
    public void print() {  
        System.out.println(this.index+":"+this.name);  
    }  
}

使用接口组织枚举

有时候，我们可能需要对一组数据进行分类，比如进行食物菜单分类而且希望这些菜单都属于food类型，appetizer(开胃菜)、mainCourse(主菜)、dessert(点心)、Coffee等，每种分类下有多种具体的菜式或食品，此时可以利用接口来组织，如下(代码引用自Thinking in Java)：

public interface Food {
  enum Appetizer implements Food {
    SALAD, SOUP, SPRING_ROLLS;
  }
  enum MainCourse implements Food {
    LASAGNE, BURRITO, PAD_THAI,
    LENTILS, HUMMOUS, VINDALOO;
  }
  enum Dessert implements Food {
    TIRAMISU, GELATO, BLACK_FOREST_CAKE,
    FRUIT, CREME_CARAMEL;
  }
  enum Coffee implements Food {
    BLACK_COFFEE, DECAF_COFFEE, ESPRESSO,
    LATTE, CAPPUCCINO, TEA, HERB_TEA;
  }
}

public class TypeOfFood {
  public static void main(String[] args) {
    Food food = Appetizer.SALAD;
    food = MainCourse.LASAGNE;
    food = Dessert.GELATO;
    food = Coffee.CAPPUCCINO;
  }
} 
public interface Food {  
    enum Coffee implements Food{  
        BLACK_COFFEE,DECAF_COFFEE,LATTE,CAPPUCCINO  
    }  
    enum Dessert implements Food{  
        FRUIT, CAKE, GELATO  
    }  
}

枚举与单例模式

public enum  Singleton {
    INSTANCE;
    private int id;
    private String name;
    public String getId(){
        return id;
    }
    public String getName(){
        return name;
    }
    public void setName(int id, String name){
        this.id = id;
        this.name = name;
    }
}

完全不用考虑序列化和反射的问题。枚举序列化是由jvm保证的，每一个枚举类型和定义的枚举变量在JVM中都是唯一的，在枚举类型的序列化和反序列化上，Java做了特殊的规定：在序列化时Java仅仅是将枚举对象的name属性输出到结果中，反序列化的时候则是通过java.lang.Enum的valueOf方法来根据名字查找枚举对象。同时，编译器是不允许任何对这种序列化机制的定制的并禁用了writeObject、readObject、readObjectNoData、writeReplace和readResolve等方法，从而保证了枚举实例的唯一性，这里我们不妨再次看看Enum类的valueOf方法：

关于枚举集合的使用

java.util.EnumSet和java.util.EnumMap是两个枚举集合。EnumSet保证集合中的元素不重复；EnumMap中的key是enum类型，而value则可以是任意类型。关于这个两个集合的使用就不在这里赘述，可以参考JDK文档。

基本原理

定义一个Enum，通过编译之后的字节码，我们可以发现其实现原理。
编译器是在为我们创建一个类，这个类继承自 java.lang.Enum，有两个公共的、静态的、被声明成final的属性，它们的类型就是我们定义的FruitEnum。

编译器还生成了一个静态初始话器，就是字节码中static{};这一行下面的代码，其中的字节码创建了两个FruitEnum对象，同时分别赋值给APPLE和ORANGE这两个属性，调用的构造函数是定义在java.lang.Enum中的protected Enum(String name, int ordinal)方法。

在创建完成两个FruitEnum对象并且分别赋值给APPLE和ORIGIN之后，还创建了一个名叫ENUM$VALUES的数组，然后把APPLE和ORIGIN按照定义的顺序放如这个数组中。

除了这个静态初始化器之外，编译器还为我们生成了两个静态方法，values()和 valueOf(java.lang.String)方法。其中values()方法将ENUM$VALUES数组拷贝一份然后返回，而valueOf(java.lang.String)方法则会调用java.lang.Enum类中的valueOf方法，其作用是根据参数名找到对应的具体的枚举对象，如果找不到的话会抛出一个IllegalArgumentException异常。

如：

//定义枚举类型
enum Day {
    MONDAY, TUESDAY, WEDNESDAY,
    THURSDAY, FRIDAY, SATURDAY, SUNDAY
}

反编译Day.class文件：

//反编译Day.class
final class Day extends Enum
{
    //编译器为我们添加的静态的values()方法
    public static Day[] values()
    {
        return (Day[])$VALUES.clone();
    }
    //编译器为我们添加的静态的valueOf()方法，注意间接调用了Enum也类的valueOf方法
    public static Day valueOf(String s)
    {
        return (Day)Enum.valueOf(com/zejian/enumdemo/Day, s);
    }
    //私有构造函数
    private Day(String s, int i)
    {
        super(s, i);
    }
     //前面定义的7种枚举实例
    public static final Day MONDAY;
    public static final Day TUESDAY;
    public static final Day WEDNESDAY;
    public static final Day THURSDAY;
    public static final Day FRIDAY;
    public static final Day SATURDAY;
    public static final Day SUNDAY;
    private static final Day $VALUES[];

    static 
    {    
        //实例化枚举实例
        MONDAY = new Day("MONDAY", 0);
        TUESDAY = new Day("TUESDAY", 1);
        WEDNESDAY = new Day("WEDNESDAY", 2);
        THURSDAY = new Day("THURSDAY", 3);
        FRIDAY = new Day("FRIDAY", 4);
        SATURDAY = new Day("SATURDAY", 5);
        SUNDAY = new Day("SUNDAY", 6);
        $VALUES = (new Day[] {
            MONDAY, TUESDAY, WEDNESDAY, THURSDAY, FRIDAY, SATURDAY, SUNDAY
        });
    }
}

Enum的坑

enum 类型不支持 public 和 protected 修饰符的构造方法，因此构造函数一定要是 private 或 friendly 的。也正因为如此，所以枚举对象是无法在程序中通过直接调用其构造方法来初始化的。
定义 enum 类型时候，如果是简单类型，那么最后一个枚举值后不用跟任何一个符号；但如果有定制方法，那么最后一个枚举值与后面代码要用分号';'隔开，不能用逗号或空格。
由于 enum 类型的值实际上是通过运行期构造出对象来表示的，所以在 cluster 环境下，每个虚拟机都会构造出一个同义的枚举对象。因而在做比较操作时候就需要注意，如果直接通过使用等号 ( ‘ == ’ ) 操作符，这些看似一样的枚举值一定不相等，因为这不是同一个对象实例。

Enum序列化反序列化原理及问题

工具类：EnumSet、EnumMap

EnumSet

EnumSet 是一个针对枚举类型的高性能的 Set 接口实现。EnumSet 中装入的所有枚举对象都必须是同一种类型，在其内部，是通过 bit-vector 来实现，也就是通过一个 long 型数。EnumSet 支持在枚举类型的所有值的某个范围中进行迭代。

理解位向量

顾名思义位向量就是用一个bit位(0或1)标记一个元素的状态，用一组bit位表示一个集合的状态，而每个位对应一个元素，每个bit位的状态只可能有两种，即0或1。位向量能表示的元素个数与向量的bit位长度有关，如一个int类型能表示32个元素，而一个long类型则可以表示64个元素，对于EnumSet而言采用的就long类型或者long类型数组。比如现在有一个文件中的数据，该文件存储了N=1000000个无序的整数，需要把这些整数读取到内存并排序再重新写回文件中，该如何解决？最简单的方式是用int类型来存储每个数，并把其存入到数组(int a[m])中，再进行排序，但是这种方式将会导致存储空间异常大，对数据操作起来效率也能成问题，那有没更高效的方式呢？的确是有的，那就是运用位向量，我们知道一个int型的数有4个字节，也就是32位，那么我们可以用N/32个int型数组来表示这N个数：

a[0]表示**第**1~32个数（0~31）
a[1]表示**第**33~64个数（32~63）
a[2]表示**第**65~96个数（64~95）
...... 以此类推

这样，每当输入一个数字m，我们应该先找到该数字在数组的第？个元素，也就是a[?]，然后再确定在这个元素的第几个bit位，找到后设置为1，代表存在该数字。举个例子来说，比如输入40，那么40/32为1余8，则应该将a[1]元素值的第9个bit位置为1(1的二进制左移8位后就是第9个位置)，表示该数字存在。

EnumMap

代码比较简单，我们使用两种解决方案，一种是HashMap，一种EnumMap，虽然都统计出了正确的结果，但是EnumMap作为枚举的专属的集合，我们没有理由再去使用HashMap，毕竟EnumMap要求其Key必须为Enum类型，因而使用Color枚举实例作为key是最恰当不过了，也避免了获取name的步骤
更重要的是EnumMap效率更高，因为其内部是通过数组实现的（稍后分析），注意EnumMap的key值不能为null，虽说是枚举专属集合，但其操作与一般的Map差不多，概括性来说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（如HashMap）也能完成相同的功能，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且不能为null，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，毕竟数组是一段连续的内存空间，根据程序局部性原理，效率会相当高。

// 定义一个 EnumMap 对象，映射表主键是日期枚举类型，值是颜色枚举类型
private static Map<WeekDayEnum, RainbowColor> schema = 
           new EnumMap<WeekDayEnum, RainbowColor>(WeekDayEnum.class); 
    
static{ 
   // 将一周的每一天与彩虹的某一种色彩映射起来
   for (int i = 0; i < WeekDayEnum.values().length; i++) { 
       schema.put(WeekDayEnum.values()[i], RainbowColor.values()[i]); 
   } 
} 
System.out.println("What is the lucky color today?"); 
System.out.println("It's " + schema.get(WeekDayEnum.Sat));

Enum抽象类常见方法

Ref:
https://docs.oracle.com/javase/tutorial/java/javaOO/enum.html
http://blog.csdn.net/javazejian/article/details/71333103