Java中的枚舉，這一篇全了，一些不為人知的干貨
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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編譯時類型的安全性。enum關鍵字是Java中的保留關鍵字。
在編譯或設計時，當我們知道所有變量的可能性時，盡量使用枚舉類型。本篇文章就帶大家全面系統的了解枚舉的使用，以及會遇到的一些問題。
Java中的枚舉
枚舉通常是一組相關的常量集合，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據類型，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，默認繼承自java.lang.Enum。所以聲明枚舉類時無法再繼承其他類。
枚舉聲明
在生活中我們會經常辨認方向，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，編譯器也不會提出任何警告。因此，當能使用枚舉的時候，并不提倡這種寫法。
枚舉的底層實現
上面我們已經說了，枚舉是一個特殊的類，每一個枚舉項本質上都是枚舉類自身的實例。
因此，上面枚舉類Direction可以通過下面代碼進行示例：
- 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進行編譯，然后通過javap命令來查看一下對應class文件內容：
- 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，一個枚舉在經過編譯器編譯過后，變成了一個抽象類，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。
枚舉使用實例
通過上面的反編譯我們可以看到，枚舉的選項本質上就是public static final的變量，所以就把它當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，下標從0開始，與數組中的下標很相似。它的設計是用于EumSet和EnumMap復雜的基于枚舉的數據結構使用。
- Direction.EAST.ordinal(); //0
- Direction.NORTH.ordinal(); //2
需要注意的是如果枚舉項聲明的位置發生了變化，那么ordinal方法的值也隨之變化。所以，進來避免使用該方法。不然，當枚舉項比較多時，別人在中間增刪一項，會導致后續的所有順序變化。
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中并不存在這個方法。
valueOf(String name)方法與Enum類中的valueOf方法的作用類似根據名稱獲取枚舉變量，同樣是由編譯器生成的，但更簡潔些，只需傳遞一個參數。
- 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變量的命名規范一致。
枚舉的構造方法
默認情況下，枚舉類是不需要構造方法的，默認的變量就是聲明時的字符串。當然，你也可以通過自定義構造方法，來初始化枚舉的一些狀態信息。通常情況下，我們會在構造參數中傳入兩個參數，比如，一個編碼，一個描述。
以上面的方向為例：
- 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;
- }
- }
如果我們想訪問每個方向的角度，可以通過簡單的方法調用：
- 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。
方法的訪問權限可以是private、protected和public。可以通過這些方法返回枚舉項的值，也可以做一些內部的私有處理。
- 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，但每個枚舉項中必須實現對應的抽象方法：
- 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枚舉實例的不同行為方式。比如需要每個枚舉項都打印出方向的名稱，就可以定義這么一個抽象的方法。
上面的實例enum類似乎表現出了多態的特性，可惜的是枚舉類型的實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是個實例對象
- public void text(Direction.NORTH instance){ }
枚舉的繼承
上面已經提到過枚舉繼承自java.lang.Enum，Enum是一個抽象類：
- 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。也正因為所有的枚舉類都繼承了Enum，所以無法再繼承其他類了，但是可以實現接口。
枚舉的比較
所有的枚舉默認都是Comparable和單例的，因此可以通過equals方法進行比較，甚至可以直接用雙等號“==”進行比較。
- 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接口的實現類HashSet/TreeSet不同的是，EnumSet在內部實現是位向量。
位向量是一種極為高效的位運算操作，由于直接存儲和操作都是bit，因此EnumSet空間和時間性能都十分可觀，足以媲美傳統上基于int的“位標志”的運算，關鍵是我們可像操作set集合一般來操作位運算。
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元素則不會拋出異常，與大多數Collection實現一樣，EnumSet不是線程安全的，在多線程環境下需注意數據同步問題。
使用實例：
- 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是一個特殊的Map，Map的Key必須是枚舉類型。EnumMap內部是通過數組實現的，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進行條件判斷時，條件參數一般只能是整型，字符型，同時也支持枚舉型，在java7后switch也對字符串進行了支持。
使用實例如下：
- enum Color {GREEN,RED,BLUE}
- public class EnumDemo4 {
- public static void printName(Color color){
- switch (color){
- //無需使用Color進行引用
- case BLUE:
- System.out.println("藍色");
- 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計模式之一了，單例的實現有很多種實現方法(餓漢模式、懶漢模式等)，這里就不再贅述，只以一個最普通的單例來做對照，進而看看基于枚舉如何來實現單例模式。
餓漢模式的實現：
- public class Singleton {
- private static Singleton instance = new Singleton();
- private Singleton() {
- }
- public static Singleton getInstance() {
- return instance;
- }
- }
簡單直接，缺點是可能在還不需要時就把實例創建出來了，沒起到lazy loading的效果。優點就是實現簡單，而且安全可靠。
這樣一個單例場景，如果通過枚舉進行實現如下：
- public enum Singleton {
- INSTANCE;
- public void doSomething() {
- System.out.println("doSomething");
- }
- }
在effective java中說道，最佳的單例實現模式就是枚舉模式。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()的方式調用即可。方便、簡潔又安全。
小結
枚舉在日常編碼中幾乎是必不可少的，如何用好，如何用精，還需要基礎知識的鋪墊，本文也正是基于此帶大家從頭到尾梳理了一遍。有所收獲就點個贊吧。
