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Java 中的枚举,这一篇全了,一些不为人知的干货

发布于: 2021 年 03 月 12 日
Java中的枚举,这一篇全了,一些不为人知的干货

Java 枚举,也称作 Java 枚举类型,是一种字段由一组固定常量集合组成的类型。枚举的主要目的是加强编译时类型的安全性。enum 关键字是 Java 中的保留关键字。

在编译或设计时,当我们知道所有变量的可能性时,尽量使用枚举类型。本篇文章就带大家全面系统地了解枚举的使用,以及会遇到的一些问题。

Java 中的枚举

枚举通常是一组相关的常量集合,其他编程语言很早就开始用枚举了,比如 C++。从 JDK1.5 起,Java 也开始支持枚举类型。

枚举是一种特殊的数据类型,它既是一种类(class)类型却又比类类型多了些特殊的约束,这些约束也造就了枚举类型的简洁性、安全性以及便捷性。

在 Java 中,通过 enum 来声明枚举类型,默认继承自 java.lang.Enum。所以声明枚举类时无法再继承其他类。

枚举声明

在生活中我们会经常辨认方向,东南西北,它们的名称、属性等基本都是确定的,我们就可以将其声明为枚举类型:

public enum Direction {   EAST, WEST, NORTH, SOUTH;}
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同样,每周七天也可以声明成枚举类型:

enum Day {    MONDAY, TUESDAY, WEDNESDAY,    THURSDAY, FRIDAY, SATURDAY, SUNDAY}
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在没有枚举或没使用枚举的情况下,并不是说不可以定义变量,我们可以通过类或接口进行常量的定义:

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;
}
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但这样存在许多不足,如在类型安全和使用方便性上。如果存在定义 int 值相同的变量,混淆的几率还是很大的,编译器也不会提出任何警告。因此,当能使用枚举的时候,并不提倡这种写法。

枚举的底层实现

上面我们已经说了,枚举是一个特殊的类,每一个枚举项本质上都是枚举类自身的实例。

因此,上面枚举类 Direction 可以通过下面代码进行示例:

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();}
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首先通过 javac 命令对 Direction 进行编译,然后通过 javap 命令来查看一下对应 class 文件内容:

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 {};}
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可以看到,一个枚举在经过编译器编译过后,变成了一个抽象类,它继承了 java.lang.Enum;而枚举中定义的枚举常量,变成了相应的 public static final 属性,而且其类型就抽象类的类型,名字就是枚举常量的名字。

枚举使用实例

通过上面的反编译我们可以看到,枚举的选项本质上就是 public static final 的变量,所以就把它当做这样的变量使用即可。

public class EnumExample {    public static void main(String[] args) {        Direction north = Direction.NORTH;        System.out.println(north);        //Prints NORTH    }}
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枚举的 ordinal()方法

ordinal()方法用于获取枚举变量在枚举类中声明的顺序,下标从 0 开始,与数组中的下标很相似。它的设计是用于 EumSet 和 EnumMap 复杂的基于枚举的数据结构使用。

Direction.EAST.ordinal();     //0 Direction.NORTH.ordinal();    //2
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需要注意的是如果枚举项声明的位置发生了变化,那么 ordinal 方法的值也随之变化。所以,尽量避免使用该方法。不然,当枚举项比较多时,别人在中间增删一项,会导致后续的所有顺序变化。

枚举的 values()和 valueOf()

values()方法可获取枚举类中的所有变量,并作为数组返回:

Direction[] directions = Direction.values(); for (Direction d : directions) {    System.out.println(d);} //Output: EASTWESTNORTHSOUTH
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values()方法是由编译器插入到枚举类中的 static 方法,而它的父类 Enum 中并不存在这个方法。

valueOf(String name)方法与 Enum 类中的 valueOf 方法的作用类似根据名称获取枚举变量,同样是由编译器生成的,但更简洁些,只需传递一个参数。

Direction east = Direction.valueOf("EAST");         System.out.println(east); //Output: EAST
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枚举命名约定

按照约定,枚举属于常量,因此采用所有字母大写,下划线分割的风格(UPPER_CASE)。也就是说枚举类名与普通类约定一样,而枚举中的变量与静态变量的命名规范一致。

枚举的构造方法

默认情况下,枚举类是不需要构造方法的,默认的变量就是声明时的字符串。当然,你也可以通过自定义构造方法,来初始化枚举的一些状态信息。通常情况下,我们会在构造参数中传入两个参数,比如,一个编码,一个描述。

以上面的方向为例:

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;    }}
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如果我们想访问每个方向的角度,可以通过简单的方法调用:

Direction north = Direction.NORTH;         System.out.println(north);                      //NORTH System.out.println(north.getAngle());           //90 System.out.println(Direction.NORTH.getAngle()); //90
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枚举中的方法

枚举就是一个特殊的类,因此也可以像普通的类一样拥有方法和属性。在枚举中不仅可以声明具体的方法,还可以声明抽象方法。

方法的访问权限可以是 private、protected 和 public。可以通过这些方法返回枚举项的值,也可以做一些内部的私有处理。

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;    }}
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对应方法的使用如下:

Direction.NORTH.printDirection(); Direction.EAST.printDirection(); 
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枚举类中还可以定义抽象的方法,但每个枚举项中必须实现对应的抽象方法:

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();}
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抽象方法的调用,与普通方法一样:

Direction.NORTH.printDirection(); Direction.EAST.printDirection(); 
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通过这种方式就可以轻而易举地定义每个枚举实例的不同行为方式。比如需要每个枚举项都打印出方向的名称,就可以定义这么一个抽象的方法。

上面的实例 enum 类似乎表现出了多态的特性,可惜的是枚举类型的实例终究不能作为类型传递使用。下面的方式编译器都无法通过:

//无法通过编译,Direction.NORTH是个实例对象 public void text(Direction.NORTH instance){ }
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枚举的继承

上面已经提到过枚举继承自 java.lang.Enum,Enum 是一个抽象类:

public abstract class Enum<E extends Enum<E>>        implements Comparable<E>, Serializable {    // ...}
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也就是说,所有的枚举类都支持比较(Comparable)和序列化(Serializable)的特性。也正因为所有的枚举类都继承了 Enum,所以无法再继承其他类了,但是可以实现接口。

枚举的比较

所有的枚举默认都是 Comparable 和单例的,因此可以通过 equals 方法进行比较,甚至可以直接用双等号“==”进行比较。

Direction east = Direction.EAST;Direction eastNew = Direction.valueOf("EAST"); System.out.println( east == eastNew );           //trueSystem.out.println( east.equals( eastNew ) );    //true
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枚举集合:EnumSet 和 EnumMap

在 java.util 包下引入了两个枚举集合类:EnumSet 和 EnumMap。

EnumSet

EnumSet 类的定义如下:

public abstract class EnumSet<E extends Enum<E>> extends AbstractSet<E>    implements Cloneable, java.io.Serializable{    // ...}
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EnumSet 是与枚举类型一起使用的专用 Set 集合,EnumSet 中所有元素都必须是枚举类型。与其他 Set 接口的实现类 HashSet/TreeSet 不同的是,EnumSet 在内部实现是位向量。

位向量是一种极为高效地位运算操作,由于直接存储和操作都是 bit,因此 EnumSet 空间和时间性能都十分可观,足以媲美传统上基于 int 的“位标志”的运算,关键是我们可像操作 set 集合一般来操作位运算。

EnumSet 不允许使用 null 元素,试图插入 null 将抛出 NullPointerException,但测试判断是否存在 null 元素或移除 null 元素则不会抛出异常,与大多数 Collection 实现一样,EnumSet 不是线程安全的,在多线程环境下需注意数据同步问题。

使用实例:

public class Test {   public static void main(String[] args) {     Set enumSet = EnumSet.of(  Direction.EAST,                                Direction.WEST,                                Direction.NORTH,                                Direction.SOUTH                              );   } }
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EnumMap

EnumMap 的声明如下:

public class EnumMap<K extends Enum<K>, V> extends AbstractMap<K, V>    implements java.io.Serializable, Cloneable{}
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与 EnumSet 类似,EnumMap 是一个特殊的 Map,Map 的 Key 必须是枚举类型。EnumMap 内部是通过数组实现的,效率比普通的 Map 更高一些。EnumMap 的 key 值不能为 null,并且 EnumMap 也不是线程安全的。

EnumMap 使用实例如下:

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());  }}
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枚举与 switch

使用 switch 进行条件判断时,条件参数一般只能是整型,字符型,同时也支持枚举型,在 java7 后 switch 也对字符串进行了支持。

使用实例如下:

enum Color {GREEN,RED,BLUE}
public class EnumDemo4 {
    public static void printName(Color color){        switch (color){            //无需使用Color进行引用            case BLUE:                 System.out.println("蓝色");                break;            case RED:                System.out.println("红色");                break;            case GREEN:                System.out.println("绿色");                break;        }    }
    public static void main(String[] args){        printName(Color.BLUE);        printName(Color.RED);        printName(Color.GREEN);    }}
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枚举与单例

单例模式是日常使用中最常见的设计模式之一了,单例的实现有很多种实现方法(饿汉模式、懒汉模式等),这里就不再赘述,只以一个最普通的单例来做对照,进而看看基于枚举如何来实现单例模式。

饿汉模式的实现:

public class Singleton {
    private static Singleton instance = new Singleton();
    private Singleton() {    }
    public static Singleton getInstance() {        return instance;    }}
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简单直接,缺点是可能在还不需要时就把实例创建出来了,没起到 lazy loading 的效果。优点就是实现简单,而且安全可靠。

这样一个单例场景,如果通过枚举进行实现如下:

public enum Singleton {
    INSTANCE;
    public void doSomething() {        System.out.println("doSomething");    }}
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在 effective java 中说道,最佳的单例实现模式就是枚举模式。利用枚举的特性,让 JVM 来帮我们保证线程安全和单一实例的问题。除此之外,写法还特别简单。

直接通过 Singleton.INSTANCE.doSomething()的方式调用即可。方便、简洁又安全。

小结

枚举在日常编码中几乎是必不可少的,如何用好,如何用精,还需要基础知识的铺垫,本文也正是基于此带大家从头到尾梳理了一遍。有所收获就点个赞吧。

原文链接:https://mp.weixin.qq.com/s/mAhiQcBOCKT9MnT6sNS3BQ

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发布于: 2021 年 03 月 12 日阅读数: 18
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2021 年 03 月 12 日 15:51
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