深入理解 Java 枚举

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1. 简介

enum 的全称为 enumeration，是 JDK5 中引入的特性。

在 Java 中，被 enum 关键字修饰的类型就是枚举类型。形式如下：

enum ColorEn { RED, GREEN, BLUE }

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。

2. 枚举的本质

java.lang.Enum类声明

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

新建一个 ColorEn.java 文件，内容如下：

package io.github.dunwu.javacore.enumeration;public enum ColorEn {RED,YELLOW,BLUE
}

执行 javac ColorEn.java 命令，生成 ColorEn.class 文件。

然后执行 javap ColorEn.class 命令，输出如下内容：

Compiled from "ColorEn.java"
public final class io.github.dunwu.javacore.enumeration.ColorEn extends java.lang.Enum<io.github.dunwu.javacore.enumeration.ColorEn> {public static final io.github.dunwu.javacore.enumeration.ColorEn RED;public static final io.github.dunwu.javacore.enumeration.ColorEn YELLOW;public static final io.github.dunwu.javacore.enumeration.ColorEn BLUE;public static io.github.dunwu.javacore.enumeration.ColorEn[] values();public static io.github.dunwu.javacore.enumeration.ColorEn valueOf(java.lang.String);static {};
}

💡 说明：

从上面的例子可以看出：

枚举的本质是 java.lang.Enum 的子类。

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。枚举这种特殊的类因为被修饰为 final，所以不能继承其他类。

定义的枚举值，会被默认修饰为 public static final ，从修饰关键字，即可看出枚举值本质上是静态常量。

3. 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

4. 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。

4.1. 基本特性

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。

如果枚举中没有定义方法，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。

4.2. 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：如何为枚举显式的赋值。

（1）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=显式的为枚举常量赋值；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;

（2）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式赋值。

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 ErrorCodeEn {OK(0) {@Overridepublic String getDescription() {return "成功";}},ERROR_A(100) {@Overridepublic String getDescription() {return "错误A";}},ERROR_B(200) {@Overridepublic 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 ErrorCodeEn(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 (ErrorCodeEn s : ErrorCodeEn.values()) {System.out.println("code: "   s.getCode()   ", description: "   s.getDescription());}}
}
// Output:
// code: 0, description: 成功
// code: 100, description: 错误A
// code: 200, description: 错误B

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。正确的例子情况错误码示例

4.3. 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;@Overridepublic int getCode() {return code;}@Overridepublic String getDescription() {return description;}
}

4.4. 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。

5. 枚举的应用

5.1. 组织常量

在 JDK5 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。

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; }

5.2. 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。

public class StateMachineDemo {public enum Signal {GREEN, YELLOW, RED}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;}public static void main(String[] args) {System.out.println(getTrafficInstruct(Signal.RED));}
}
// Output:
// 红灯停

5.3. 错误码

枚举常被用于定义程序错误码。下面是一个简单示例：

public class ErrorCodeEnumDemo {enum ErrorCodeEn {OK(0, "成功"),ERROR_A(100, "错误A"),ERROR_B(200, "错误B");ErrorCodeEn(int number, String msg) {this.code = number;this.msg = msg;}private int code;private String msg;public int getCode() {return code;}public String getMsg() {return msg;}@Overridepublic String toString() {return "ErrorCodeEn{"   "code="   code   ", msg='"   msg   '\''   '}';}public static String toStringAll() {StringBuilder sb = new StringBuilder();sb.append("ErrorCodeEn All Elements: [");for (ErrorCodeEn code : ErrorCodeEn.values()) {sb.append(code.getCode()).append(", ");}sb.append("]");return sb.toString();}}public static void main(String[] args) {System.out.println(ErrorCodeEn.toStringAll());for (ErrorCodeEn s : ErrorCodeEn.values()) {System.out.println(s);}}
}
// Output:
// ErrorCodeEn All Elements: [0, 100, 200, ]
// ErrorCodeEn{code=0, msg='成功'}
// ErrorCodeEn{code=100, msg='错误A'}
// ErrorCodeEn{code=200, msg='错误B'}

5.4. 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 class EnumInInterfaceDemo {public interface INumberEnum {int getCode();String getDescription();}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;@Overridepublic int getCode() {return this.code;}@Overridepublic String getDescription() {return this.description;}}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;@Overridepublic int getCode() {return this.code;}@Overridepublic String getDescription() {return this.description;}}}public static void main(String[] args) {for (Plant.Fruit f : Plant.Fruit.values()) {System.out.println(f.getDescription());}}
}
// Output:
// 苹果
// 桔子
// 香蕉

例：在类中组织 enum

本例和上例效果相同。

public class EnumInClassDemo {public interface INumberEnum {int getCode();String getDescription();}public static class Plant2 {enum Vegetable implements INumberEnum {// 略，与上面完全相同}enum Fruit implements INumberEnum {// 略，与上面完全相同}}// 略
}
// Output:
// 土豆
// 西红柿

5.5. 策略枚举

Effective Java 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;}};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));

5.6. 枚举实现单例模式

单例模式是最常用的设计模式。

单例模式在并发环境下存在线程安全问题。

为了线程安全问题，传统做法有以下几种：

饿汉式加载
懒汉式 synchronize 和双重检查
利用 java 的静态加载机制

相比上述的方法，使用枚举也可以实现单例，而且还更加简单：

public class SingleEnumDemo {public enum SingleEn {INSTANCE;private String name;public String getName() {return name;}public void setName(String name) {this.name = name;}}public static void main(String[] args) {SingleEn.INSTANCE.setName("zp");System.out.println(SingleEn.INSTANCE.getName());}
}

扩展阅读：深入理解 Java 枚举类型(enum)

这篇文章对于 Java 枚举的特性讲解很仔细，其中对于枚举实现单例和传统单例实现方式说的尤为细致。

6. 枚举工具类

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

6.1. EnumSet

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。

主要接口：

noneOf - 创建一个具有指定元素类型的空 EnumSet
allOf - 创建一个指定元素类型并包含所有枚举值的 EnumSet
range - 创建一个包括枚举值中指定范围元素的 EnumSet
complementOf - 初始集合包括指定集合的补集
of - 创建一个包括参数中所有元素的 EnumSet
copyOf - 创建一个包含参数容器中的所有元素的 EnumSet

示例：

public class EnumSetDemo {public static void main(String[] args) {System.out.println("EnumSet展示");EnumSet<ErrorCodeEn> errSet = EnumSet.allOf(ErrorCodeEn.class);for (ErrorCodeEn e : errSet) {System.out.println(e.name()   " : "   e.ordinal());}}
}

6.2. EnumMap

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。