Java - 深入理解 Java 枚举类型

川长思鸟来 2022-05-30 06:06 250阅读 0赞

# 深入理解 Java 枚举类型 #

转载自微信公众号： [后端开发那点事儿][Link 1]

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# 枚举的使用 #

Java 中的枚举是一个比较特殊的类型，既具有 class 的特性，又具有自己特殊的特性。定义枚举类型使用 enum 关键字，枚举值一般使用大写字母，如下所示。使用枚举类型的 name() 方法可以获取字符串的名称，使用 ordinal() 方法可以获取枚举值的下标，这里不做赘述。

enum SexOne {
        MALE,FEMALE
    }

枚举同样可以拥有构造器和变量，但枚举类型的构造器要求必须是 private 类型。这是为了确保枚举的值一定由自己定义，拒绝外界传入。与 class 不同的是，枚举类型的构造器不定义访问权限时，默认为 private。

enum SexTwo {
        MALE("man"),
        FEMALE("woman");
    
        String alias;
        SexTwo(String alias){
            this.alias = alias;
       }
    }

枚举类型自动拥有 values 和 valueOf 方法，values 用于获取枚举所有的值，valueOf 用于根据名称反查枚举值。在后面的实现原理中，我们将看到这两个方法的实现。

# 枚举的实现原理 #

枚举类型编译后生成一个 class 并且继承 Enum 类型**（敲黑板，划重点，一定要记住）**。反编译可以看到 SexTwo 的字节码，对字节码进行还原可以得到如下的 class。

final class SexTwo extends Enum{ 
        public static SexTwo[] values(){
            return (SexTwo[])$VALUES.clone();
        }
    
        public static SexTwo valueOf(String s){
            return (SexTwo)Enum.valueOf(SexTwo, s);
        }
    
        private SexTwo(String s, int i, String s1){
            super(s, i);
            alias = s1;
        }
    
        public static final SexTwo MALE;
        public static final SexTwo FEMALE;
        String alias;
        private static final SexTwo $VALUES[];
    
        static {
            MALE = new SexTwo("MALE", 0, "man");
            FEMALE = new SexTwo("FEMALE", 1, "woman");
            $VALUES = (new SexTwo[] {
                MALE, FEMALE
            });
        }
    }

SexTwo 编译后变成了一个普通的 class 类型。这里需要注意的是，SexTwo 拥有修饰符 final，因此不能有子类。同时继承了 Enum 类型，因此开发中 SexTwo 也将不能继承任何父类。

SexTwo 生成的构造器是 private 类型，有两个 public static final SexTwo 类型的变量 MALE 和 FEMALE。编译时编译器自动根据枚举值的顺序确定下标，并在创建枚举值时使用。枚举类型定义的值都是 public static final 类型，在静态初始化中进行初始化。这里可以看到 SexTwo 在静态初始化中为变量 MALE、FEMALE 进行赋值，使用的参数就是我们给定的参数 man 和 woman。

# 自动生成的 values 和 valueOf #

Java 编译枚举类型时，自动加上两个静态方法 values 和 valueOf。如果我们定义了签名完全相同的方法会编译报错 “已在枚举中定义了方法 values”。

枚举类型使用私有静态变量 $VALUES 存储所有的值，在静态初始化中赋值，类型为数组，值为所有枚举值，用于 values 和 valueOf 方法。

values 方法的作用是返回所有枚举值，实现很简单，就是 clone 一下 $VALUES 的值。valueOf 方法的作用是根据枚举值的名称返回枚举值，实现方法是调用 Enum.valueOf 方法，后文会在 Enum 类型中介绍这个方法。

# Enum 类型 #

Enum 类型是 Java 中所有枚举类型的父类，并且是抽象类。需要注意的是我们不能直接继承 Enum 类，只有编译器生成的枚举最终的 class 可以继承，直接继承会导致编译器报错 “类无法直接扩展 java.lang.Enum”。

Enum 类型提供了我们常用的 name() 和 ordinal() 方法，其中的 name 和 ordinal 变量都是 final 类型。

private final String name;
    public final String name() {
        return name;
    }
    private final int ordinal;
    public final int ordinal() {
        return ordinal;
    }

Enum 拥有一个构造器，参数为 name 和 ordinal。经过前面的分析可以知道，这个构造器我们是没有办法直接调用的，只有编译器编译的枚举类型可以调用。

protected Enum(String name, int ordinal) {
        this.name = name;
        this.ordinal = ordinal;
    }

Enum 定义了一个 valueOf 方法，用于枚举类型调用。可以看到 SexTwo 中的 valueOf 方法就是调用 Enum.valueOf(SexTwo,s) 实现的。

public static <T extends Enum<T>> T valueOf(Class<T> enumType,
                                                  String name) {
        T result = enumType.enumConstantDirectory().get(name);
        if (result != null)
            return result;
        if (name == null)
            throw new NullPointerException("Name is null");
        throw new IllegalArgumentException(
                "No enum constant " + enumType.getCanonicalName() + "." + name);
    }

Enum 中的大部分方法都是 final 类型的，因此枚举类型是没有办法覆盖这些方法的，唯一能够覆盖的就是 toString 方法。

# 枚举 与 Class #

前面我们已经看到，values 方法是编译器自动加到枚举类型上的，而 Enum 类型并没有提供 values 方法，也就是说我们把枚举类型向上转型为 Enum 类型后没法调用 values 方法。或者我们可能需要传递 Class 对象进行反射操作，这种情况下如何操作枚举呢？

Class 对象的 isEnum() 方法可以用来判断是否是枚举类型，如果是枚举类型该方法返回 true。Class 对象的 getEnumConstants() 方法可以用来获取所有枚举值。

Enum e = SexTwo.MALE;
    Class clazz = e.getDeclaringClass();
    if(clazz.isEnum()){
        SexTwo[] constants = (SexTwo[]) clazz.getEnumConstants();
    }

# 枚举使用抽象方法 #

前面提到了枚举类型编译之后是以 class 方式运行的，因此枚举类型也可以定义抽象方法。有同学可能要问了，前面说是 final class 类型，怎么可以定义抽象方法呢，抽象方法需要类型是 abstract class ？我们来试一下。

如下，SexThree 定义了一个抽象方法 getAlias()。枚举值 MALE 实现了这个抽象方法，返回 “man”。在枚举中定义抽象方法，可以为多个枚举值定义不同的实现，枚举值自身即可处理数据。

enum SexThree {
        MALE {
            String getAlias() {
                return "man";
            }
        };
    
        abstract String getAlias();
    }

对 SexThree 进行编译和反编译，可以看到，这里生成的类型是抽象类，仍然继承了 Enum。MALE 在编译后生成了 SexThree$1.class，继承 SexThree 并实现了抽象方法。虽然这里枚举类型是抽象类，但是 java 编译器限制了我们不能继承这个抽象类，继承情况下编译时会报错“枚举类型不可继承”。

abstract class SexThree extends Enum { 
    
        public static SexThree[] values() {
            return (SexThree[])$VALUES.clone();
        }
    
        public static SexThree valueOf(String s) {
            return (SexThree)Enum.valueOf(test/SexThree, s);
        }
    
        private SexThree(String s, int i) {
            super(s, i);
        }
    
        abstract String getAlias();
    
        public static final SexThree MALE;
        private static final SexThree $VALUES[];
    
        static {
            MALE = new SexThree("MALE", 0) {
    
                String getAlias()
                {
                    return "man";
                }
    
            };
            $VALUES = (new SexThree[] {
                MALE
            });
        }
    }

# 枚举实现接口 #

枚举最终编译成 class，因此也可以实现接口。如下的 SexFour 就实现了 Runnable 接口，定义了 run 方法。因为枚举不能继承其他类型，这个特性使得我们可以通过实现多个方法来定义枚举的某些特征。

enum SexFour implements Runnable {
        ;
        public void run() {
            //something
        }
    }

对 SexFour 进行编译和反编译，可以看到，这里又生成了 final class 类型，并且继承了 Enum，实现了 Runnable 接口。

final class SexFour extends Enum implements Runnable{ 
    
        public static SexFour[] values(){
            return (SexFour[])$VALUES.clone();
        }
    
        public static SexFour valueOf(String s){
            return (SexFour)Enum.valueOf(test/SexFour, s);
        }
    
        private SexFour(String s, int i){
            super(s, i);
        }
    
        public void run(){
        }
    
        private static final SexFour $VALUES[] = new SexFour[0];
    }

# EnumMap #

EnumMap 是一个使用枚举值做 key 的 Map 实现。如下代码即可创建 EnumMap 的实例，创建时需要指定 key 类型的 class，或者传入一个 map 进行初始化。EnumMap 使用数组存储数据，效率高于 HashMap。

//创建一个具有指定键类型的空枚举映射
    EnumMap<SexThree,String> map1=new EnumMap<SexThree,String>(SexThree.class);
    //从一个 EnumMap 创建
    EnumMap<SexThree,String> map2 = new EnumMap<SexThree,String>(map1);
    //从一个 Map 创建
    Map<SexThree, ? extends String> map3 = new HashMap<>();
    EnumMap<SexThree,String> map4 = new EnumMap<SexThree, String>(map3);

EnumMap 使用枚举值做 key，因此选择了枚举值的下标作为值的下标，把值存储在一个数组中。这样显著提高了数据存取效率，但是容量不能发生变化，适合于数据量比较固定又需要较高效率的场景。

public V get(Object key) {
        return (isValidKey(key) ?
            unmaskNull(vals[((Enum<?>)key).ordinal()]) : null);
    }
    
    public V put(K key, V value) {
        typeCheck(key);
        int index = key.ordinal();
        Object oldValue = vals[index];
        vals[index] = maskNull(value);
        if (oldValue == null)
            size++;
        return unmaskNull(oldValue);
    }

# EnumSet #

EnumSet 是一个枚举集合，是一个抽象类，它有两个继承类：JumboEnumSet和 RegularEnumSet。EnumSet 使用 bit 位存储数据，效率高于 HashSet。

//创建一个包含指定元素类型的所有元素的枚举 set
    EnumSet<SexTwo> setAll = EnumSet.allOf(SexTwo.class);
    //创建一个指定范围的Set
    EnumSet<SexTwo> setRange = EnumSet.range(SexTwo.MALE,SexTwo.FEMALE);
    //创建一个指定枚举类型的空set
    EnumSet<SexTwo> setEmpty = EnumSet.noneOf(SexTwo.class);
    //复制一个set
    EnumSet<SexTwo> setNew = EnumSet.copyOf(setRange);

从 JumboEnumSet 的 add 方法可以一窥 EnumSet 的实现原理。首先把枚举值的下标值无符号右移 6 位，也就是按照 64 位进行分组，找到当前分组的数值。然后，按照枚举值的下标值进行左移，找到添加的位置，把该位置置为 1。同样地，EnumSet 的容量也不能发生变化，枚举类型的定义决定了 EnumSet 的固定容量值。

public boolean add(E e) {
        typeCheck(e);
        int eOrdinal = e.ordinal();
        int eWordNum = eOrdinal >>> 6;
    
        long oldElements = elements[eWordNum];
        elements[eWordNum] |= (1L << eOrdinal);
        boolean result = (elements[eWordNum] != oldElements);
        if (result)
            size++;
        return result;
    }

[Link 1]: https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzAwNDE2NTgzNQ==&mid=2247484060&idx=1&sn=e68e227b28c0cc972d7c9a454d66599d&chksm=9b315b38ac46d22edc9e3830365ba04929e0fc69bb0392d7ed4bea87f2add1a6c5c8ab4d1b4e&mpshare=1&scene=23&srcid=03034HH6HlbvHJdgNJ2mfZLM#rd