你真的会用枚举吗

今天我们来聊聊枚举。你可能会想：枚举那么简单，有什么好讨论的？

没错，枚举确实是一个极为常见的知识点，常见到很多人会忽略它，而只关注它最简单的用法。当然，这和枚举诞生的初衷有关。在 JDK1.5 以前，那是个没有枚举的时代，人们通过 public static final 的常量来定义一些全局使用的标识。甚至到现在，枚举已经诞生很长时间了，但仍有一些人在使用这种方案。而且，在 C 语言中也有类似的"宏"的概念，如果你只是用来做全局标识，那么枚举的意义就没有那么大了。

但是，你真的了解枚举吗？今天我们就分别从实现原理、数据结构和设计模式 3 个方向来重新认识一下枚举。

枚举原理

我们知道一个枚举的定义非常简单。如果只考虑其作为标识的场景，那么从实现成本来看，枚举和 public static final 的传统方式差不多，甚至前者还更简单些。

arduino 复制代码

public enum Test{
  A,B
}

每一个枚举成员都可以看作是枚举类的实例，上面的 Test.A 的类型也是 Test。

ini 复制代码

Test t=Test.A;

上面这个赋值语句看上去很简单，仔细思考里面包含了几层意思。首先左边是 Test 类型的实例 t，那么右边必然是一个类的实例。但是 Test.A 看上去像是一个类，这里很容易混淆。请注意，Test.A 是一个对象，不要被这里的大写忽悠了，它不是类。

我们把这个枚举翻译成下面的样子你是不是更熟悉？

ini 复制代码

  Test A=new Test();
  Test B=new Test();

Java 枚举类型的实现是在编译阶段进行的。这个阶段和泛型的实现一样，也就是说对 JVM 来说执行的字节码集合并没有增加任何新的指令，只是在 Java 代码的层面加了一些语法。说白了，就是对已有的 JVM 指令集加了一层皮。

举个生活化的例子，"进食"是人类最基本的行为，酒店会说"用餐"，但"用餐"是人体的新功能吗？并不是。在计算机界这叫"语法糖"，看着很神奇，写着也很爽，但底层还是老的功能。

我们可以对 Test.class 文件进行反编译，注意反编译命令是 javap，其中-p 的意思是反编译的时候要包含私有方法。

arduino 复制代码

javap -p Test.class

输出结果为：

arduino 复制代码

public final class Test extends java.lang.Enum<Test> {
   public static final Test A;
   public static final Test B;
   public static Test[] values();
   public static Test valueOf(java.lang.String);
   private Test();
   static {};
 }

我们可以看到，确实 A 和 B 都是 Test 类的实例。Test 继承了 java.lang.Enum 类，这里还有一个 Test 的无参构造方法，这里的 A 和 B 分别使用这个构造方法来实例化。

而实例化的过程发生在哪呢？

我们注意到上面代码段的最后有一个空的 static 语句块，我们可以基于 javap 的其他参数进一步分析 static 里面的字节码内容。static 里面其实包含了很多字节码指令，正是这些指令在做 A、B 的初始化工作。而 static 代码块是在类加载的时候执行的。也就是说当 Test 被加载的时候，A、B 就被初始化了。

static 内部除了完成初始化 A、B，还创建了一个名叫 ENUM$VALUES 的数组，然后把 A、B 按照定义的顺序放入这个数组中。最后我们可以通过 values 方法来访问这个数组。

这里我们可以增加一个构造方法，这样大家就比较熟悉了。A、B 后面可以加一个括号调用这个构造方法。

arduino 复制代码

public enum Test{
  A("a"),B("b");
  Test(String name){
    this.name=name;
  }
  private String name;
}

上面 A("a") 相当于如下代码的简写：

ini 复制代码

Test A=new Test("a");

我们再把例子做的复杂一些，我们为 Test 增加一个抽象方法 print。这里就不能像上面那样直接初始化了。这里必须使用类似匿名内部类的写法。

typescript 复制代码

public enum Test{
  A("a"){
    @Override
    public void print(){
      System.out.print("a");
    }
  },
  B("b"){
    @Override
    public void print(){
      System.out.print("b");
    }
  };
  Test(String name){
    this.name=name;
  }
    private String name;
    public abstract void print();
}

上面这个写法有点不伦不类，你需要适应一下。如果你去编译目录下查看文件，这次你会发现编译后多了 Test和2.class 2 个文件，也就是匿名内部类。可见语法糖已经帮我们做好了一切。

数据结构

说完了枚举的实现原理，我们再看看它支持的一些数据结构。常见的有 EnumSet 和 EnumMap。1.EnumSet

EnumSet 显然是为枚举打造的抽象集合类。它使用了位图来存储数据，因此非常紧凑。

EnumSet 有 2 个实现类，RegularEnumSet 和 JumboEnumSet。当我们创建 EnumSet 的时候，如果枚举成员数量小于等于 64 将会使用 RegularEnumSet，大于 64 则会创建 JumboEnumSet。

为什么创建 EnumSet 的时候，会有不同的实现类呢？

这是因为 RegularEnumSet 采用 long 来存储枚举变量，而 long 是 64 位的，因此只能存储 64 个变量。而 JumboEnumSet 使用 long[]来存储枚举变量，因此没有这个限制。当然，你见过一个枚举类超过 64 个成员变量吗？如果真有这种情况，我认为放到 ZooKeeper 中会更合适一些。

这是一个很有意思的哲学问题，当你的枚举变量只有 2 个，这个枚举一般是很稳定的，但是你的枚举变量超过了 64 个，我相信随着业务发展枚举数量还会新增，这种情况下就不适合用枚举来解决了。也就是说枚举变量越多，业务越不稳定。

ini 复制代码

EnumSet支持常见的集合操作，如取子集、增加、删除、包含等。可以使用EnumSet的of方法来初始化。
EnumSet<Test> testSet = EnumSet.of(Test.A, Test.B);

2.EnumMap

EnumMap 很明显是一个 Map 结构，它的 key 就是枚举，value 可以由你定义。比如下面这个声明的意思就是对所有的 Object 按照 Test 枚举类型来分类。其结果是输出类型 A 及属于 A 类型的对象，输出类型 B 及属于 B 类型的对象。

swift 复制代码

EnumMap<Test,List<Object>> testMap;

设计模式

最后我们聊聊枚举和设计模式的关系。

单例模式有很多实现方法，其中最好的就是用枚举来实现。例如，下面的代码段：

csharp 复制代码

 public enum Singleton{
        INSTANCE;
        private Singleton(){
            //做一些初始化工作
        }
    }

上面的 INSTANCE 就是我们的单例对象，我们可以把一些初始化工作放到 Singleton 的构造方法里面。还记得前面我们说的，枚举的成员就是枚举类的实例化对象，这个过程发生在 static 语句块中。上面这段话所传达的语义类似下面这样：

ini 复制代码

Singleton INSTANCE=null;
static{
  INSTANCE = new Singleton();
}

此外枚举在序列化和反序列化的时候并不会调用构造方法，这在一定程度上保障了单例。序列化仅仅是将枚举对象的 name 属性输出到结果中，反序列化的时候则是通过 java.lang.Enum 的 valueOf 方法来根据名字查找枚举对象。这里的处理和普通的类有很大的差异。

另外枚举还可以实现模板模式、策略模式等。但是注意不要把太多代码放到枚举类，这样不便于维护。关于用枚举实现其他的设计模式读者可以自己试试。

总结

上面就是枚举的核心内容。我们知道枚举本质上是一个语法糖，底层是通过继承 java.lang.Enum 来实现的。枚举的每个成员都是枚举类的实例，并且还有自己的 Set 和 Map 数据结构，通过上面的分析我们可以看出枚举底层实现很普通，但是很多语法特性超越了普通的 Java 类，在设计单例模式以及一些模板模式中将简化编码工作，使得工程整体变的更优雅、更紧凑。