深入理解 Java 枚举

📦 本文以及示例源码已归档在 javacore

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:

1
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

1
2
public abstract class Enum<E extends Enum<E>>
implements Comparable<E>, Serializable { ... }

新建一个 ColorEn.java 文件,内容如下:

1
2
3
4
5
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:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
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ComparableSerializable 接口,所以也提供 compareTo() 方法。

例:展示 enum 的基本方法

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
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

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
=========== 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

1
2
3
4
5
6
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

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
public enum ErrorCodeEn {
OK(0) {
@Override
public String getDescription() {
return "成功";
}
},
ERROR_A(100) {
@Override
public String getDescription() {
return "错误A";
}
},
ERROR_B(200) {
@Override
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 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。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
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;
}

@Override
public 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:

1
2
3
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 intcharStringenum 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。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
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:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
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;
}

@Override
public 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

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
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;

@Override
public int getCode() {
return this.code;
}

@Override
public 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;

@Override
public int getCode() {
return this.code;
}

@Override
public 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。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
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

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
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

1
2
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:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
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——EnumSetEnumMap

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:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
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。

主要接口:

  • size - 返回键值对数
  • containsValue - 是否存在指定的 value
  • containsKey - 是否存在指定的 key
  • get - 根据指定 key 获取 value
  • put - 取出指定的键值对
  • remove - 删除指定 key
  • putAll - 批量取出键值对
  • clear - 清除数据
  • keySet - 获取 key 集合
  • values - 返回所有

示例:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
public class EnumMapDemo {
public enum Signal {
GREEN, YELLOW, RED
}

public static void main(String[] args) {
System.out.println("EnumMap展示");
EnumMap<Signal, String> errMap = new EnumMap(Signal.class);
errMap.put(Signal.RED, "红灯");
errMap.put(Signal.YELLOW, "黄灯");
errMap.put(Signal.GREEN, "绿灯");
for (Iterator<Map.Entry<Signal, String>> iter = errMap.entrySet().iterator(); iter.hasNext();) {
Map.Entry<Signal, String> entry = iter.next();
System.out.println(entry.getKey().name() + " : " + entry.getValue());
}
}
}

扩展阅读:深入理解 Java 枚举类型(enum)这篇文章中对 EnumSet 和 EnumMap 原理做了较为详细的介绍。