用好Java中的枚举，真的没有那么简单！
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2020-08-11 18:56
“最近重看 Java 枚举，看到这篇觉得还不错的文章，于是简单翻译和完善了一些内容，分享给大家，希望你们也能有所收获。
”
1.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
2.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.
}
3.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);
4.在 switch 语句中使用枚举类型
public int getDeliveryTimeInDays() {
switch (status) {
case ORDERED: return 5;
case READY: return 2;
case DELIVERED: return 0;
}
return 0;
}
5.枚举类型的属性,方法和构造函数
“文末有我(JavaGuide)的补充。
”
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。
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() {
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() {
return this.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());
}
6.EnumSet and EnumMap
6.1. EnumSet
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 undeliveredPizzaStatuses =
EnumSet.of(PizzaStatus.ORDERED, PizzaStatus.READY);
private PizzaStatus status;
public enum PizzaStatus {
...
}
public boolean isDeliverable() {
return this.status.isReady();
}
public void printTimeToDeliver() {
System.out.println("Time to delivery is " +
this.getStatus().getTimeToDelivery() + " days");
}
public static List getAllUndeliveredPizzas(List 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 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 undeliveredPzs = Pizza.getAllUndeliveredPizzas(pzList);
assertTrue(undeliveredPzs.size() == 3);
}
6.2. 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 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>
groupPizzaByStatus(List pizzaList) {
EnumMap> pzByStatus =
new EnumMap>(PizzaStatus.class);
for (Pizza pz : pizzaList) {
PizzaStatus status = pz.getStatus();
if (pzByStatus.containsKey(status)) {
pzByStatus.get(status).add(pz);
} else {
List newPzList = new ArrayList();
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 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> 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);
}
7. 通过枚举实现一些设计模式
7.1 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;
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
7.2 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);
}
8. 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 getAllUndeliveredPizzas(List input) {
return input.stream().filter(
(s) -> !deliveredPizzaStatuses.contains(s.getStatus()))
.collect(Collectors.toList());
}
groupPizzaByStatus（） :
public static EnumMap>
groupPizzaByStatus(List pzList) {
EnumMap> map = pzList.stream().collect(
Collectors.groupingBy(Pizza::getStatus,
() -> new EnumMap<>(PizzaStatus.class), Collectors.toList()));
return map;
}
9. 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() {
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;}
@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。
10.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。
11. 补充
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");
private final int code;
private final 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！
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