【Java 枚举 & 集合】枚举类Enum、映射EnumMap、集EnumSet

本文使用 JDK 版本为 JDK1.15

一、枚举Enum

1、概述

一个集的枚举是列出某些有穷序列集的所有成员的程序，或者是一种特定类型对象的计数。

• Java的枚举本质上是一个特殊的类，它可以通过enum关键字定义。
• 它可以定义构造器，但是不可被public修饰，所以不能被实例化。
• 它的构造器只是在构造枚举值得时候被调用。
• 它的内部也可以定义变量、方法。

2、介绍

枚举一般用于选择语句中，它提供的API如下：

为方便测试，我们定义这样的枚举类型：

public enum Color {
	WHITE,
	BLUE,
	GREEN,
	RED,
	YELLOW,
	BLACK	//这里省略了分号，如果后续需定义其他成员，需加上分号
}

① valueOf

枚举一般应用于switch...case...default语句中，配合内置的valueOf方法提取字符串的值，具体使用案例如下：

public void whatColor(){
	switch (Color.valueOf("YELLOW")){
		case YELLOW:
			System.out.println("黄色");
			break;
		default:
			System.out.println("其他颜色");
			break;
	}
}

• 当我们试图将一个 不存在的元素 的字符串作为 参数 时，会抛出异常：

java.lang.IllegalArgumentException: No enum constant Color.XXX

我们打印输出，进行测试：

System.out.println(Color.valueOf("vovo"));

② values

• 枚举还提供了values方法，通过调用该方法，获取枚举类型内的所有内置元素，返回类型为一个枚举类型的数组（即Color类型）：

我们打印输出

System.out.println(Arrays.toString(Color.values()));

• 可以看到，我们按顺序取到了所有的元素值。
• 那么，枚举类型的本质到底是什么？为什么没有返回 Object 类型 或是 String 类型 的数组？

3、分析

• 为了探寻，枚举类型的本质，我们使用javap指令，对 Color.java 文件进行反编译：
  
• 枚举类型本质上是一个继承自lang包下，Enum类的派生类。
• 它默认拥有一个 values 数组、valueOf 方法，以及一个静态代码块。
• 枚举类型的元素，本质上是与其相同类型的静态常量，只是名称有所不同 ，我们可以通过其名称获取相应的值。

※ 模仿一个枚举类

//Enum 类 不可被 我们随意 继承
public final class Color /*extends Enum*/{
    public static final Color WHITE;
    public static final Color BLUE;
    public static final Color GREEN;
    public static final Color RED;
    public static final Color YELLOW;
    public static final Color BLACK;

    static{
        WHITE = new Color("WHITE");
        BLUE = new Color("BLUE");
        GREEN = new Color("GREEN");
        RED = new Color("RED");
        YELLOW = new Color("YELLOW");
        BLACK = new Color("BLACK");
    }

	//定义变量color
    private final String color;
    //私有的构造器
    private Color(String color) {
        this.color = color;
    }
    //静态方法 values();
    public static Color[] values() {
        return new Color[] {WHITE,BLUE,GREEN,RED,YELLOW,BLACK};
    }
	//静态方法 valueOf(String color);
    public static Color valueOf(String color) {
        switch (color) {
            case "WHITE":
                return Color.WHITE;
            case "BLUE":
                return Color.BLUE;
            case "GREEN":
                return Color.GREEN;
            case "RED":
                return Color.RED;
            case "YELLOW":
                return Color.YELLOW;
            case "BLACK":
                return Color.BLACK;
            default:
                throw new IllegalArgumentException("No enum constant: " + Color.class.getName() + "." + color);
        }
    }
    //为了防止其打印地址，我们只好重写toString方法，事实上enum类型并没有内置toString方法
    @Override
    public String toString() {
        return this.color;
    }
}

上述类同样可以完成枚举类的功能，只是这样写十分繁琐，使用枚举类型可以帮助我们简化代码，而且看起来十分简洁明了。

二、枚举映射 EnumMap

1、概述

EnumMap是专门为枚举类型量身定做的Map实现，类似地还有EnumSet。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。

《Effective Java》中作者建议用EnumMap代替叙述索引，最好不要用序数来索引数组，而要使用EnumMap。

EnumMap构造方法采用键类型的Class对象：这是一个有限制的类型令牌，它提供了运行时的泛型信息。

其中Class作为采用键类型的Class对象，说明EnumMap以枚举类型为键，可取出对应值。

2、使用方法

为方便说明，我们定义如下的星期Enum类，并创建对应的EnumMap:

enum Weekday{
    MONDAY,
    TUESDAY,
    WEDNESDAY,
    THURSDAY,
    FRIDAY,
    SATURDAY,
    SUNDAY
}

初始化 键值：

这是 Java 中 Map、Set 初始化设定数值的途径，形式上类似于数组{}，Map与Set使用双层花括号定义初始数值{{}}。

//初始化直接放入键值
Map<Weekday,String> map = new EnumMap<>(Weekday.class){{
	put(Weekday.MONDAY,"星期一");
	put(Weekday.TUESDAY,"星期二");
    put(Weekday.WEDNESDAY,"星期三");
    put(Weekday.THURSDAY,"星期四");
    put(Weekday.FRIDAY,"星期五");
    put(Weekday.SATURDAY,"星期六");
    put(Weekday.SUNDAY,"星期日");
}};

双层花括号的意义？

• 外层花括号实际是定义了一个匿名内部类 (Anonymous Inner Class)。
• 内层花括号实际上是一个实例初始化块 (instance initializer block)，这个块在内部匿名类构造时被执行。这个块之所以被叫做“实例初始化块”是因为它们被定义在了一个类的实例范围内。

上面代码如果是写在 EnumMapDemo 类中，编译后你会看到会生成 EnumMapDemo$1.class 文件，编译 .java 文件后得到结果:

剖析这种方式，发现其本质上创建了一个继承 EnumMap 的匿名内部类（内部类概述）：

// 第一个{}代表 创建了一个 HashMap 的子类
class EnumMapDemo$1<K extends Enum<K>, V> extends EnumMap {	
	{	// 第二个{}中的代码放到了实例初始化块中去了
		put(Weekday.MONDAY, "星期一");
		put(Weekday.TUESDAY, "星期二");
	}
	EnumMapDemo$1(Class<K> keyType){	//super调用父类构造方法
		super(keyType); 
	}
}

初始化后操作键值：

//先创建枚举映射
Map<Weekday,String> map = new EnumMap<>(Weekday.class);
//后放入键值
map.put(Weekday.MONDAY,"星期一");
map.put(Weekday.TUESDAY,"星期二");
map.put(Weekday.WEDNESDAY,"星期三");
map.put(Weekday.THURSDAY,"星期四");
map.put(Weekday.FRIDAY,"星期五");
map.put(Weekday.SATURDAY,"星期六");
map.put(Weekday.SUNDAY,"星期日");

3、应用场景

情景引入：
现有以 Java 语言编写的服务器、C# 语言 编写的客户端，二者为 C/S架构，均使用 Socket 进行通信。由于语言不相通，须手动构建请求、响应字符串，并指定状态码。

而数字难以识别，这时就可以在服务端使用 Enum 规定请求状态的英文、后以EnumMap指定数字并以此做请求分类，简化我们的操作（图中：通信解析控制模块）：

enum Status{
    ACCEPT,	//20
    RESPONSE,//50
    SERVER_CLOSING,//90
    RESOURCES_NOT_FOUND,//60
    ERROR,		//40
    SUCCESS		//70
    //...
}
Map<Status,Integer> statusMap = new EnumMap<>(Status.class){{
	put(Status.ACCEPT,20);
	put(Status.RESPONSE,50);
    put(Status.SERVER_CLOSING,90);
    put(Status.RESOURCES_NOT_FOUND,60);
    put(Status.ERROR,40);
    put(Status.SUCCESS,70);
	//...
}};

也可以将值包装成类，内部附有状态码、方法字符串，利用反射自动寻找、处理业务。

三、枚举集 EnumSet

1、概述

EnumSet 是一个枚举类型元素集的高效实现。枚举类型只有有限个例，所以EnumSet 内部用位序列实现。如果对应的值在集中，则相应的位被置为1。

2、使用方法

EnumSet类没用公共的构造器。可以使用静态工厂方法构造这个集：

enum Weekday{
    MONDAY,
    TUESDAY,
    WEDNESDAY,
    THURSDAY,
    FRIDAY,
    SATURDAY,
    SUNDAY
}
//全部值
EnumSet<Weekday> always = EnumSet.allOf(Weekday.class);
//无值
EnumSet<Weekday> never= EnumSet.noneOf(Weekday.class);
//范围值
EnumSet<Weekday> workday= EnumSet.range(Weekday.MONDAY,Weekday.FRIDAY);
//选中值
EnumSet<Weekday> mwf = EnumSet.of(Weekday.MONDAY,Weekday.SATURDAY,Weekday.FRIDAY)

⭐ E extends Enum 代表“E是一个枚举类型”。
⭐ 枚举类的特殊性正体现于此：所有的枚举类型都扩展于泛型 Enum 类（参考本文第一节）