资深架构师谈论Java 枚举

不念不忘少年蓝@ 2021-07-24 13:07 284阅读 0赞

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## 概念 ##

enum 的全称为 enumeration， 是 JDK 1.5 中引入的新特性。

在Java中，被 enum 关键字修饰的类型就是枚举类型。形式如下：

enum Color \{ RED, GREEN, BLUE \}  
如果枚举不添加任何方法，枚举值默认为从0开始的有序数值。以 Color 枚举类型举例，它的枚举常量依次为 RED：0，GREEN：1，BLUE：2。

**枚举的好处**：可以将常量组织起来，统一进行管理。

**枚举的典型应用场景**：错误码、状态机等。

## *枚举类型的本质* ##

尽管 enum 看起来像是一种新的数据类型，事实上，enum是一种受限制的类，并且具有自己的方法。

创建enum时，编译器会为你生成一个相关的类，这个类继承自 java.lang.Enum。

java.lang.Enum类声明

public abstract class Enum<E extends Enum<E>>
            implements Comparable<E>, Serializable { ...
             }

**枚举的方法**  
在enum中，提供了一些基本方法：

`values()`：返回 enum 实例的数组，而且该数组中的元素严格保持在 enum 中声明时的顺序。

`name()`：返回实例名。

`ordinal()`：返回实例声明时的次序，从0开始。

`getDeclaringClass()`：返回实例所属的 enum 类型。

`equals()`：判断是否为同一个对象。

可以使用 == 来比较enum实例。

此外，java.lang.Enum实现了Comparable和 Serializable 接口，所以也提供 compareTo() 方法。

**例：展示enum的基本方法**

public class EnumMethodDemo {
        enum Color {RED, GREEN, BLUE;}
        enum Size {BIG, MIDDLE, SMALL;}
        public static void main(String args[]) {
            System.out.println("=========== Print all Color ===========");
            for (Color c : Color.values()) {
                System.out.println(c + " ordinal: " + c.ordinal());
            }
            System.out.println("=========== Print all Size ===========");
            for (Size s : Size.values()) {
                System.out.println(s + " ordinal: " + s.ordinal());
            }
    
            Color green = Color.GREEN;
            System.out.println("green name(): " + green.name());
            System.out.println("green getDeclaringClass(): " + green.getDeclaringClass());
            System.out.println("green hashCode(): " + green.hashCode());
            System.out.println("green compareTo Color.GREEN: " + green.compareTo(Color.GREEN));
            System.out.println("green equals Color.GREEN: " + green.equals(Color.GREEN));
            System.out.println("green equals Size.MIDDLE: " + green.equals(Size.MIDDLE));
            System.out.println("green equals 1: " + green.equals(1));
            System.out.format("green == Color.BLUE: %b\n", green == Color.BLUE);
        }
    }

输出

=========== Print all Color ===========
    RED ordinal: 0
    GREEN ordinal: 1
    BLUE ordinal: 2
    =========== Print all Size ===========
    BIG ordinal: 0
    MIDDLE ordinal: 1
    SMALL ordinal: 2
    green name(): GREEN
    green getDeclaringClass(): class org.zp.javase.enumeration.EnumDemo$Color
    green hashCode(): 460141958
    green compareTo Color.GREEN: 0
    green equals Color.GREEN: true
    green equals Size.MIDDLE: false
    green equals 1: false
    green == Color.BLUE: false
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## 枚举的特性 ##

枚举的特性，归结起来就是一句话：

除了不能继承，基本上可以将 enum 看做一个常规的类。

但是这句话需要拆分去理解，让我们细细道来。

**枚举可以添加方法**  
在概念章节提到了，枚举值默认为从0开始的有序数值 。那么问题来了：如何为枚举显示的赋值。

**Java 不允许使用 = 为枚举常量赋值**  
如果你接触过C/C++，你肯定会很自然的想到赋值符号 = 。在C/C++语言中的enum，可以用赋值符号=显示的为枚举常量赋值；但是 ，很遗憾，Java 语法中却不允许使用赋值符号 = 为枚举常量赋值。

例：C/C++ 语言中的枚举声明

typedef enum{
        ONE = 1,
        TWO,
        THREE = 3,
        TEN = 10
    } Number;

枚举可以添加普通方法、静态方法、抽象方法、构造方法  
Java 虽然不能直接为实例赋值，但是它有更优秀的解决方案：为 enum 添加方法来间接实现显示赋值。

创建`enum` 时，可以为其添加多种方法，甚至可以为其添加构造方法。

注意一个细节：如果要为enum定义方法，那么必须在enum的最后一个实例尾部添加一个分号。此外，在enum中，必须先定义实例，不能将字段或方法定义在实例前面。否则，编译器会报错。

例：全面展示如何在枚举中定义普通方法、静态方法、抽象方法、构造方法

public enum ErrorCode {
        OK(0) {
            public String getDescription() {
                return "成功";
            }
        },
        ERROR_A(100) {
            public String getDescription() {
                return "错误A";
            }
        },
        ERROR_B(200) {
            public String getDescription() {
                return "错误B";
            }
        };
    
        private int code;
    
        // 构造方法：enum的构造方法只能被声明为private权限或不声明权限
        private ErrorCode(int number) { // 构造方法
            this.code = number;
        }
        public int getCode() { // 普通方法
            return code;
        } // 普通方法
        public abstract String getDescription(); // 抽象方法
        public static void main(String args[]) { // 静态方法
            for (ErrorCode s : ErrorCode.values()) {
                System.out.println("code: " + s.getCode() + ", description: " + s.getDescription());
            }
        }
    }

注：上面的例子并不可取，仅仅是为了展示枚举支持定义各种方法。下面是一个简化的例子

例：一个错误码枚举类型的定义

本例和上例的执行结果完全相同。

public enum ErrorCodeEn {
        OK(0, "成功"),
        ERROR_A(100, "错误A"),
        ERROR_B(200, "错误B");
    
        ErrorCodeEn(int number, String description) {
            this.code = number;
            this.description = description;
        }
        private int code;
        private String description;
        public int getCode() {
            return code;
        }
        public String getDescription() {
            return description;
        }
        public static void main(String args[]) { // 静态方法
            for (ErrorCodeEn s : ErrorCodeEn.values()) {
                System.out.println("code: " + s.getCode() + ", description: " + s.getDescription());
            }
        }
    }

**枚举可以实现接口**  
enum 可以像一般类一样实现接口。

同样是实现上一节中的错误码枚举类，通过实现接口，可以约束它的方法。

public interface INumberEnum {
        int getCode();
        String getDescription();
    }
    
    public enum ErrorCodeEn2 implements INumberEnum {
        OK(0, "成功"),
        ERROR_A(100, "错误A"),
        ERROR_B(200, "错误B");
    
        ErrorCodeEn2(int number, String description) {
            this.code = number;
            this.description = description;
        }
    
        private int code;
        private String description;
    
        @Override
        public int getCode() {
            return code;
        }
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        @Override
        public String getDescription() {
            return description;
        }
    }

**枚举不可以继承**  
enum 不可以继承另外一个类，当然，也不能继承另一个 enum 。

因为 enum 实际上都继承自 java.lang.Enum 类，而 Java 不支持多重继承，所以 enum 不能再继承其他类，当然也不能继承另一个 enum。

枚举的应用场景  
组织常量  
在JDK1.5 之前，在Java中定义常量都是public static final TYPE a; 这样的形式。有了枚举，你可以将有关联关系的常量组织起来，使代码更加易读、安全，并且还可以使用枚举提供的方法。

枚举声明的格式  
注：如果枚举中没有定义方法，也可以在最后一个实例后面加逗号、分号或什么都不加。

下面三种声明方式是等价的：

enum Color { RED, GREEN, BLUE }
    enum Color { RED, GREEN, BLUE, }
    enum Color { RED, GREEN, BLUE; }

## `switch`状态机 ##

我们经常使用switch语句来写状态机。JDK7以后，switch已经支持 int、char、String、enum 类型的参数。这几种类型的参数比较起来，使用枚举的switch代码更具有可读性。

enum Signal {RED, YELLOW, GREEN}
    
    public static String getTrafficInstruct(Signal signal) {
        String instruct = "信号灯故障";
        switch (signal) {
            case RED:
                instruct = "红灯停";
                break;
            case YELLOW:
                instruct = "黄灯请注意";
                break;
            case GREEN:
                instruct = "绿灯行";
                break;
            default:
                break;
        }
        return instruct;
    }

## 组织枚举 ##

可以将类型相近的枚举通过接口或类组织起来。

但是一般用接口方式进行组织。

原因是：Java接口在编译时会自动为enum类型加上public static修饰符；Java类在编译时会自动为 enum 类型加上static修饰符。看出差异了吗？没错，就是说，在类中组织 enum，如果你不给它修饰为 public，那么只能在本包中进行访问。

例：在接口中组织 enum

public interface Plant {
        enum Vegetable implements INumberEnum {
            POTATO(0, "土豆"),
            TOMATO(0, "西红柿");
    
            Vegetable(int number, String description) {
                this.code = number;
                this.description = description;
            }
    
            private int code;
            private String description;
    
            @Override
            public int getCode() {
                return 0;
            }
    
            @Override
            public String getDescription() {
                return null;
            }
        }
    
        enum Fruit implements INumberEnum {
            APPLE(0, "苹果"),
            ORANGE(0, "桔子"),
            BANANA(0, "香蕉");
    
            Fruit(int number, String description) {
                this.code = number;
                this.description = description;
            }
    
            private int code;
            private String description;
    
            @Override
            public int getCode() {
                return 0;
            }
    
            @Override
            public String getDescription() {
                return null;
            }
        }
    }

例：在类中组织 enum

本例和上例效果相同。

public class Plant2 {
        public enum Vegetable implements INumberEnum {...}  // 省略代码
        public enum Fruit implements INumberEnum {...} // 省略代码
    }请加Q君样：
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**策略枚举**  
EffectiveJava中展示了一种策略枚举。这种枚举通过枚举嵌套枚举的方式，将枚举常量分类处理。

这种做法虽然没有switch语句简洁，但是更加安全、灵活。

例：EffectvieJava中的策略枚举范例

enum PayrollDay {
        MONDAY(PayType.WEEKDAY), TUESDAY(PayType.WEEKDAY), WEDNESDAY(
                PayType.WEEKDAY), THURSDAY(PayType.WEEKDAY), FRIDAY(PayType.WEEKDAY), SATURDAY(
                PayType.WEEKEND), SUNDAY(PayType.WEEKEND);
    
        private final PayType payType;
    
        PayrollDay(PayType payType) {
            this.payType = payType;
        }
    
        double pay(double hoursWorked, double payRate) {
            return payType.pay(hoursWorked, payRate);
        }
    
        // 策略枚举
        private enum PayType {
            WEEKDAY {
                double overtimePay(double hours, double payRate) {
                    return hours <= HOURS_PER_SHIFT ? 0 : (hours - HOURS_PER_SHIFT)
                            * payRate / 2;
                }
            },
            WEEKEND {
                double overtimePay(double hours, double payRate) {
                    return hours * payRate / 2;
                }
            };请加Q君样：
    756584822大家一起吹水聊天
            private static final int HOURS_PER_SHIFT = 8;
    
            abstract double overtimePay(double hrs, double payRate);
    
            double pay(double hoursWorked, double payRate) {
                double basePay = hoursWorked * payRate;
                return basePay + overtimePay(hoursWorked, payRate);
            }
        }
    }

测试

System.out.println("时薪100的人在周五工作8小时的收入：" + PayrollDay.FRIDAY.pay(8.0, 100));
    System.out.println("时薪100的人在周六工作8小时的收入：" + PayrollDay.SATURDAY.pay(8.0, 100));

**EnumSet和EnumMap**  
Java 中提供了两个方便操作enum的工具类——EnumSet 和 EnumMap。

`EnumSet` 是枚举类型的高性能 Set 实现。它要求放入它的枚举常量必须属于同一枚举类型。  
`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 实现（如HashMap）也能完成枚举类型实例到值得映射，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，并且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。这使得 EnumMap 的效率非常高。

// EnumSet的使用
    System.out.println("EnumSet展示");
    EnumSet<ErrorCodeEn> errSet = EnumSet.allOf(ErrorCodeEn.class);
    for (ErrorCodeEn e : errSet) {
        System.out.println(e.name() + " : " + e.ordinal());
    }
    
    // EnumMap的使用
    System.out.println("EnumMap展示");
    EnumMap<StateMachine.Signal, String> errMap = new EnumMap(StateMachine.Signal.class);
    errMap.put(StateMachine.Signal.RED, "红灯");
    errMap.put(StateMachine.Signal.YELLOW, "黄灯");
    errMap.put(StateMachine.Signal.GREEN, "绿灯");
    for (Iterator<Map.Entry<StateMachine.Signal, String>> iter = errMap.entrySet().iterator(); iter.hasNext();) {
        Map.Entry<StateMachine.Signal, String> entry = iter.next();
        System.out.println(entry.getKey().name() + " : " + entry.getValue());
    }

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