【Java 基础】Java Enum
概览
在本文中,我们将看到什么是 Java 枚举,它们解决了哪些问题以及如何在实践中使用 Java 枚举实现一些设计模式。
enum关键字在 java5 中引入,表示一种特殊类型的类,其总是继承java.lang.Enum类,更多内容可以自行查看其官方文档。
枚举在很多时候会和常量拿来对比,可能因为本身我们大量实际使用枚举的地方就是为了替代常量。那么这种方式由什么优势呢?
以这种方式定义的常量使代码更具可读性,允许进行编译时检查,预先记录可接受值的列表,并避免由于传入无效值而引起的意外行为。
下面示例定义一个简单的枚举类型 pizza 订单的状态,共有三种 ORDERED, READY, DELIVERED状态:
package shuang.kou.enumdemo.enumtest;
public enum PizzaStatus {
ORDERED,
READY,
DELIVERED;
}
简单来说,我们通过上面的代码避免了定义常量,我们将所有和 pizza 订单的状态的常量都统一放到了一个枚举类型里面。
System.out.println(PizzaStatus.ORDERED.name());//ORDERED
System.out.println(PizzaStatus.ORDERED);//ORDERED
System.out.println(PizzaStatus.ORDERED.name().getClass());//class java.lang.String
System.out.println(PizzaStatus.ORDERED.getClass());//class shuang.kou.enumdemo.enumtest.PizzaStatus
自定义枚举方法
现在我们对枚举是什么以及如何使用它们有了基本的了解,让我们通过在枚举上定义一些额外的API方法,将上一个示例提升到一个新的水平:
public class Pizza {
private PizzaStatus status;
public enum PizzaStatus {
ORDERED,
READY,
DELIVERED;
}
public boolean isDeliverable() {
if (getStatus() == PizzaStatus.READY) {
return true;
}
return false;
}
// Methods that set and get the status variable.
}
枚举类型中定义属性,方法
我们在上面讲到了,我们可以通过在枚举类型中定义属性,方法和构造函数让它变得更加强大。
下面我通过一个实际的例子展示一下,当我们调用短信验证码的时候可能有几种不同的用途,我们在下面这样定义:
public enum PinType {
REGISTER(100000, "注册使用"),
FORGET_PASSWORD(100001, "忘记密码使用"),
UPDATE_PHONE_NUMBER(100002, "更新手机号码使用");
privatefinalint code;
privatefinal String message;
PinType(int code, String message) {
this.code = code;
this.message = message;
}
public int getCode() {
return code;
}
public String getMessage() {
return message;
}
@Override
public String toString() {
return"PinType{" +
"code=" + code +
", message='" + message + '\'' +
'}';
}
}
实际使用:
System.out.println(PinType.FORGET_PASSWORD.getCode());
System.out.println(PinType.FORGET_PASSWORD.getMessage());
System.out.println(PinType.FORGET_PASSWORD.toString());
Output:
100001
忘记密码使用
PinType{code=100001, message='忘记密码使用'}
这样的话,在实际使用起来就会非常灵活方便!
使用 == 比较枚举类型
由于枚举类型确保JVM中仅存在一个常量实例,因此我们可以安全地使用“ ==”运算符比较两个变量,如上例所示;此外,“ ==”运算符可提供编译时和运行时的安全性。
首先,让我们看一下以下代码段中的运行时安全性,其中“ ==”运算符用于比较状态,并且如果两个值均为null 都不会引发 NullPointerException。相反,如果使用equals方法,将抛出 NullPointerException:
if(testPz.getStatus().equals(Pizza.PizzaStatus.DELIVERED));
if(testPz.getStatus() == Pizza.PizzaStatus.DELIVERED);
对于编译时安全性,我们看另一个示例,两个不同枚举类型进行比较,使用equal方法比较结果确定为true,因为getStatus方法的枚举值与另一个类型枚举值一致,但逻辑上应该为false。这个问题可以使用==操作符避免。因为编译器会表示类型不兼容错误:
if(testPz.getStatus().equals(TestColor.GREEN));
if(testPz.getStatus() == TestColor.GREEN);
在 switch 语句中使用枚举类型
public int getDeliveryTimeInDays() {
switch (status) {
case ORDERED: return5;
case READY: return2;
case DELIVERED: return0;
}
return0;
}
枚举类型的属性,方法和构造函数
你可以通过在枚举类型中定义属性,方法和构造函数让它变得更加强大。
如果打算自定义自己的方法,那么必须在enum实例序列的最后添加一个分号。而且 Java 要求必须先定义 enum 实例。
下面,让我们扩展上面的示例,实现从比萨的一个阶段到另一个阶段的过渡,并了解如何摆脱之前使用的if语句和switch语句:
public class Pizza {
private PizzaStatus status;
public enum PizzaStatus {
ORDERED (5){
@Override
public boolean isOrdered() { //每个对象各自重写方法
return true;
}
},
READY (2){
@Override
public boolean isReady() {
return true;
}
},
DELIVERED (0){
@Override
public boolean isDelivered() {
return true;
}
};
private int timeToDelivery;
public boolean isOrdered() {return false;}
public boolean isReady() {return false;}
public boolean isDelivered(){return false;}
public int getTimeToDelivery() {
return timeToDelivery;
}
PizzaStatus (int timeToDelivery) {
this.timeToDelivery = timeToDelivery;
}
}
public boolean isDeliverable() {
returnthis.status.isReady();
}
public void printTimeToDeliver() {
System.out.println("Time to delivery is " +
this.getStatus().getTimeToDelivery());
}
// Methods that set and get the status variable.
}
下面这段代码展示它是如何 work 的:
@Test
public void givenPizaOrder_whenReady_thenDeliverable() {
Pizza testPz = new Pizza();
testPz.setStatus(Pizza.PizzaStatus.READY);
assertTrue(testPz.isDeliverable());
}
使用parenthesis override不同成员变量
public enum Color {
RED("红色", 1), GREEN("绿色", 2), BLANK("白色", 3), YELLO("黄色", 4);
// 成员变量
private String name;
private int index;
// 构造方法
private Color(String name, int index) {
this.name = name;
this.index = index;
}
// 普通方法
public static String getName(int index) {
for (Color c : Color.values()) { //如果需要迭代所有可能的常量则使用Enum.values()
if (c.getIndex() == index) {
return c.name;
}
}
return null;
}
// get set 方法
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public int getIndex() {
return index;
}
public void setIndex(int index) {
this.index = index;
}
}
枚举类型请使用EnumSet和EnumMap
EnumSet
EnumSet
是一个专为枚举设计的集合类,EnumSet
中的所有元素都必须是指定枚举类型的枚举值,该枚举类型在创建EnumSet
时显式或隐式地指定。
EnumSet
是一种专门为枚举类型所设计的 Set
类型。
与HashSet
相比,由于使用了内部位向量表示,因此它是特定 Enum
常量集的非常有效且紧凑的表示形式。
它提供了类型安全的替代方法,以替代传统的基于int的“位标志”,使我们能够编写更易读和易于维护的简洁代码。
EnumSet
是抽象类,其有两个实现:RegularEnumSet
、JumboEnumSet
,选择哪一个取决于实例化时枚举中常量的数量。
在很多场景中的枚举常量集合操作(如:取子集、增加、删除、containsAll
和removeAll
批操作)使用EnumSet
非常合适;如果需要迭代所有可能的常量则使用Enum.values()
。
public class Pizza {
private static EnumSet<PizzaStatus> undeliveredPizzaStatuses =
EnumSet.of(PizzaStatus.ORDERED, PizzaStatus.READY);
private PizzaStatus status;
public enum PizzaStatus {
...
}
public boolean isDeliverable() {
returnthis.status.isReady();
}
public void printTimeToDeliver() {
System.out.println("Time to delivery is " +
this.getStatus().getTimeToDelivery() + " days");
}
public static List<Pizza> getAllUndeliveredPizzas(List<Pizza> input) {
return input.stream().filter(
(s) -> undeliveredPizzaStatuses.contains(s.getStatus()))
.collect(Collectors.toList());
}
public void deliver() {
if (isDeliverable()) {
PizzaDeliverySystemConfiguration.getInstance().getDeliveryStrategy()
.deliver(this);
this.setStatus(PizzaStatus.DELIVERED);
}
}
// Methods that set and get the status variable.
}
下面的测试演示了展示了 EnumSet
在某些场景下的强大功能:
@Test
public void givenPizaOrders_whenRetrievingUnDeliveredPzs_thenCorrectlyRetrieved() {
List<Pizza> pzList = new ArrayList<>();
Pizza pz1 = new Pizza();
pz1.setStatus(Pizza.PizzaStatus.DELIVERED);
Pizza pz2 = new Pizza();
pz2.setStatus(Pizza.PizzaStatus.ORDERED);
Pizza pz3 = new Pizza();
pz3.setStatus(Pizza.PizzaStatus.ORDERED);
Pizza pz4 = new Pizza();
pz4.setStatus(Pizza.PizzaStatus.READY);
pzList.add(pz1);
pzList.add(pz2);
pzList.add(pz3);
pzList.add(pz4);
List<Pizza> undeliveredPzs = Pizza.getAllUndeliveredPizzas(pzList);
assertTrue(undeliveredPzs.size() == 3);
}
EnumSet
的集合元素也是有序的,EnumSet以枚举值在Enum类内的定义顺序来决定集合元素的顺序。EnumSet
在内部以位向量的形式存储,这种存储形式非常紧凑、高效,因此EnumSet对象占用内存很小,而且运行效率很好。尤其是进行批量操作(如调用containsAll()
和retainAll()方法
)时,如果其参数也是EnumSet集合,则该批量操作的执行速度也非常快。EnumSet
集合不允许加入null元素,如果试图插入null元素,EnumSet将抛出NullPointerException
异常。EnumSet
类没有暴露任何构造器来创建该类的实例,程序应该通过它提供的类方法来创建EnumSet对象。- 如果只是想判断
EnumSet
是否包含null
元素或试图删除null元素都不会抛出异常,只是删除操作将返回false,因为没有任何null元素被删除。
方法介绍:
- EnumSet allOf(Class elementType): 创建一个包含指定枚举类里所有枚举值的EnumSet集合。
- EnumSet complementOf(EnumSet e): 创建一个其元素类型与指定EnumSet里元素类型相同的EnumSet集合,新EnumSet集合包含原EnumSet集合所不包含的、此类枚举类剩下的枚举值(即新EnumSet集合和原EnumSet集合的集合元素加起来是该枚举类的所有枚举值)。
- EnumSet copyOf(Collection c): 使用一个普通集合来创建EnumSet集合。
- EnumSet copyOf(EnumSet e): 创建一个指定EnumSet具有相同元素类型、相同集合元素的EnumSet集合。
- EnumSet noneOf(Class elementType): 创建一个元素类型为指定枚举类型的空EnumSet。
- EnumSet of(E first,E…rest): 创建一个包含一个或多个枚举值的EnumSet集合,传入的多个枚举值必须属于同一个枚举类。
- EnumSet range(E from,E to): 创建一个包含从from枚举值到to枚举值范围内所有枚举值的EnumSet集合。
示例代码:
package com.collection;
import java.util.EnumSet;
public class EnumSetTest {
public static void main(String[] args) {
//1.创建一个包含Session(枚举类)里所有枚举值的EnumSet集合
EnumSet e1 = EnumSet.allOf(Session.class);
System.out.println(e1);//[SPRING, SUMMER, FAIL, WINTER]
//2.创建一个空EnumSet
EnumSet e2 = EnumSet.noneOf(Session.class);
System.out.println(e2);//[]
//3. add()空EnumSet集合中添加枚举元素
e2.add(Session.SPRING);
e2.add(Session.SUMMER);
System.out.println(e2);//[SPRING, SUMMER]
//4. 以指定枚举值创建EnumSet集合
EnumSet e3 = EnumSet.of(Session.SPRING,Session.FAIL);
System.out.println(e3);//[SPRING, FAIL]
//5.创建一个包含从from枚举值到to枚举值范围内所有枚举值的EnumSet集合。
EnumSet e4 = EnumSet.range(Session.SPRING,Session.FAIL);
System.out.println(e4);//[SPRING, SUMMER, FAIL]
//6.创建一个其元素类型与指定EnumSet里元素类型相同的EnumSet集合,
// 新EnumSet集合包含原EnumSet集合所不包含的枚举值
EnumSet e5 = EnumSet.complementOf(e4);
System.out.println(e5);//[WINTER]
}
}
//创建一个枚举
enum Session{
SPRING,
SUMMER,
FAIL,
WINTER
}
注意:
除此之外还可以复制另一个EnumSet集合中的所有元素来创建新的EnumSet集合,或者复制另一个Collection集合中的所有元素来创建新的EnumSet集合。
示例:
Collection c = new HashSet();
c.clear();
c.add(Session.SPRING);
c.add(Session.FAIL);
EnumSet e6 = EnumSet.copyOf(c);
System.out.println(e6);//[SPRING, FAIL]
注意:当复制Collection集合中所有元素来创建新的EnumSet集合时,要求Collection集合中的所有元素必须是同一个枚举类的枚举值。
错误示例:
c.add("Java");
e6 = EnumSet.copyOf(c);//java.lang.ClassCastException: java.lang.String cannot be cast to java.lang.Enum
EnumMap
EnumMap
是一个专门化的映射实现,用于将枚举常量用作键。与对应的 HashMap
相比,它是一个高效紧凑的实现,并且在内部表示为一个数组:
EnumMap<Pizza.PizzaStatus, Pizza> map;
让我们快速看一个真实的示例,该示例演示如何在实践中使用它:
public static EnumMap<PizzaStatus, List<Pizza>>
groupPizzaByStatus(List<Pizza> pizzaList) {
EnumMap<PizzaStatus, List<Pizza>> pzByStatus =
new EnumMap<PizzaStatus, List<Pizza>>(PizzaStatus.class);
for (Pizza pz : pizzaList) {
PizzaStatus status = pz.getStatus();
if (pzByStatus.containsKey(status)) {
pzByStatus.get(status).add(pz);
} else {
List<Pizza> newPzList = new ArrayList<Pizza>();
newPzList.add(pz);
pzByStatus.put(status, newPzList);
}
}
return pzByStatus;
}
下面的测试演示了展示了 EnumMap
在某些场景下的强大功能:
@Test
public void givenPizaOrders_whenGroupByStatusCalled_thenCorrectlyGrouped() {
List<Pizza> pzList = new ArrayList<>();
Pizza pz1 = new Pizza();
pz1.setStatus(Pizza.PizzaStatus.DELIVERED);
Pizza pz2 = new Pizza();
pz2.setStatus(Pizza.PizzaStatus.ORDERED);
Pizza pz3 = new Pizza();
pz3.setStatus(Pizza.PizzaStatus.ORDERED);
Pizza pz4 = new Pizza();
pz4.setStatus(Pizza.PizzaStatus.READY);
pzList.add(pz1);
pzList.add(pz2);
pzList.add(pz3);
pzList.add(pz4);
EnumMap<Pizza.PizzaStatus,List<Pizza>> map = Pizza.groupPizzaByStatus(pzList);
assertTrue(map.get(Pizza.PizzaStatus.DELIVERED).size() == 1);
assertTrue(map.get(Pizza.PizzaStatus.ORDERED).size() == 2);
assertTrue(map.get(Pizza.PizzaStatus.READY).size() == 1);
}
通过枚举实现一些设计模式
单例模式
通常,使用类实现 Singleton 模式并非易事,枚举提供了一种实现单例的简便方法。
《Effective Java 》和《Java与模式》都非常推荐这种方式,使用这种方式方式实现枚举可以有什么好处呢?
《Effective Java》
“
这种方法在功能上与公有域方法相近,但是它更加简洁,无偿提供了序列化机制,绝对防止多次实例化,即使是在面对复杂序列化或者反射攻击的时候。虽然这种方法还没有广泛采用,但是单元素的枚举类型已经成为实现 Singleton的最佳方法。—-《Effective Java 中文版 第二版》
”
《Java与模式》
“
《Java与模式》中,作者这样写道,使用枚举来实现单实例控制会更加简洁,而且无偿地提供了序列化机制,并由JVM从根本上提供保障,绝对防止多次实例化,是更简洁、高效、安全的实现单例的方式。
”
下面的代码段显示了如何使用枚举实现单例模式:
public enum PizzaDeliverySystemConfiguration {
INSTANCE; //也可以理解为enum的一个实例对象
PizzaDeliverySystemConfiguration() {
// Initialization configuration which involves
// overriding defaults like delivery strategy
}
private PizzaDeliveryStrategy deliveryStrategy = PizzaDeliveryStrategy.NORMAL;
public static PizzaDeliverySystemConfiguration getInstance() {
return INSTANCE;
}
public PizzaDeliveryStrategy getDeliveryStrategy() {
return deliveryStrategy;
}
}
如何使用呢?请看下面的代码:
PizzaDeliveryStrategy deliveryStrategy = PizzaDeliverySystemConfiguration.getInstance().getDeliveryStrategy();
通过
PizzaDeliverySystemConfiguration.getInstance()
获取的就是单例的
PizzaDeliverySystemConfiguration
策略模式
通常,策略模式由不同类实现同一个接口来实现的。
这也就意味着添加新策略意味着添加新的实现类。使用枚举,可以轻松完成此任务,添加新的实现意味着只定义具有某个实现的另一个实例。
下面的代码段显示了如何使用枚举实现策略模式:
public enum PizzaDeliveryStrategy {
EXPRESS {
@Override
public void deliver(Pizza pz) {
System.out.println("Pizza will be delivered in express mode");
}
},
NORMAL {
@Override
public void deliver(Pizza pz) {
System.out.println("Pizza will be delivered in normal mode");
}
};
public abstract void deliver(Pizza pz);
}
给 Pizza
增加下面的方法:
public void deliver() {
if (isDeliverable()) {
PizzaDeliverySystemConfiguration.getInstance().getDeliveryStrategy()
.deliver(this);
this.setStatus(PizzaStatus.DELIVERED);
}
}
如何使用呢?请看下面的代码:
@Test
public void givenPizaOrder_whenDelivered_thenPizzaGetsDeliveredAndStatusChanges() {
Pizza pz = new Pizza();
pz.setStatus(Pizza.PizzaStatus.READY);
pz.deliver();
assertTrue(pz.getStatus() == Pizza.PizzaStatus.DELIVERED);
}
Java 8 与枚举
Pizza 类可以用Java 8重写,您可以看到方法 lambda 和Stream API如何使getAllUndeliveredPizzas()
和groupPizzaByStatus()
方法变得如此简洁:
getAllUndeliveredPizzas()
:
public static List<Pizza> getAllUndeliveredPizzas(List<Pizza> input) {
return input.stream().filter(
(s) -> !deliveredPizzaStatuses.contains(s.getStatus()))
.collect(Collectors.toList());
}
groupPizzaByStatus()
:
public static EnumMap<PizzaStatus, List<Pizza>>
groupPizzaByStatus(List<Pizza> pzList) {
EnumMap<PizzaStatus, List<Pizza>> map = pzList.stream().collect(
Collectors.groupingBy(Pizza::getStatus,
() -> new EnumMap<>(PizzaStatus.class), Collectors.toList()));
return map;
}
Enum 类型的 JSON 表现形式
使用Jackson库,可以将枚举类型的JSON表示为POJO。下面的代码段显示了可以用于同一目的的Jackson批注:
@JsonFormat(shape = JsonFormat.Shape.OBJECT)
public enum PizzaStatus {
ORDERED (5){
@Override
public boolean isOrdered() {
returntrue;
}
},
READY (2){
@Override
public boolean isReady() {
returntrue;
}
},
DELIVERED (0){
@Override
public boolean isDelivered() {
returntrue;
}
};
privateint timeToDelivery;
public boolean isOrdered() {returnfalse;}
public boolean isReady() {returnfalse;}
public boolean isDelivered(){returnfalse;}
@JsonProperty("timeToDelivery")
public int getTimeToDelivery() {
return timeToDelivery;
}
private PizzaStatus (int timeToDelivery) {
this.timeToDelivery = timeToDelivery;
}
}
我们可以按如下方式使用 Pizza
和 PizzaStatus
:
Pizza pz = new Pizza();
pz.setStatus(Pizza.PizzaStatus.READY);
System.out.println(Pizza.getJsonString(pz));
生成 Pizza 状态以以下JSON展示:
{
"status" : {
"timeToDelivery" : 2,
"ready" : true,
"ordered" : false,
"delivered" : false
},
"deliverable" : true
}
有关枚举类型的JSON序列化/反序列化(包括自定义)的更多信息,请参阅Jackson-将枚举序列化为JSON对象。
总结
本文我们讨论了Java枚举类型,从基础知识到高级应用以及实际应用场景,让我们感受到枚举的强大功能。
Reference:Java 枚举(enum) 详解7种常见的用法
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