Java的枚举，竟然有这么多不为人知的知识点

发表于： 2021年3月11日 2021年3月11日
分类： Java
标签： Java, 枚举

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的了解枚举的使用，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;
}

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
}

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;

}

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();
}

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 {};
}

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
    }
}

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

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，进来避免使用该方法。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:

EAST
WEST
NORTH
SOUTH

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

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;
    }
}

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

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;
    }
}

对应方法的使用如下：

Direction.NORTH.printDirection(); 
Direction.EAST.printDirection();

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();
}

抽象方法的调用，与普通方法一样：

Direction.NORTH.printDirection(); 
Direction.EAST.printDirection();

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){ }

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 {
    // ...
}

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 );           //true
System.out.println( east.equals( eastNew ) );    //true

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{
    // ...
}

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的位运算操作，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
                              );
   }
 }

EnumMap

EnumMap的声明如下：

public class EnumMap<K extends Enum<K>, V> extends AbstractMap<K, V>
    implements java.io.Serializable, Cloneable
{}

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());
  }
}

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);
    }
}

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;
    }
}

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");
    }
}

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。

Java的枚举，竟然有这么多不为人知的知识点插图

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