Java集合框架：EnumMap

EnumMap定义

package java.util;

import java.util.Map.Entry;
import sun.misc.SharedSecrets;
public class EnumMap<K extends Enum<K>, V> extends AbstractMap<K, V> implements java.io.Serializable, Cloneable{
    private final Class<K> keyType;
    private transient K[] keyUniverse;
    private transient Object[] vals;
    private transient int size = 0;
}

  keyType变量是EnumMap的key泛型的类对象，EnumMap根据这个类型，可以获得keyUniverse的内容，vals存放的是与keyUniverse映射的值，如果没有映射则为null，如果映射为null则会特殊处理成NULL，NULL的定义如下：

 private static final Object NULL = new Object() {
        public int hashCode() {
            return 0;
        }

        public String toString() {
            return "java.util.EnumMap.NULL";
        }
    };

  对于值NULL的处理类似WeakHashMap的特殊处理，会有两个方法：

    private Object maskNull(Object value) {
        return (value == null ? NULL : value);
    }

    private V unmaskNull(Object value) {
        return (V) (value == NULL ? null : value);
    }

  这样可以区分vals中是null（即没有映射）还是NULL（即映射为null）；
  EnumMap的size是根据vals中的非null（包括NULL）的值的个数确定的，比如put方法：

    public V put(K key, V value) {
        typeCheck(key);

        int index = key.ordinal();
        Object oldValue = vals[index];
        vals[index] = maskNull(value);
        if (oldValue == null)
            size++;
        return unmaskNull(oldValue);
    }

  typeCheck判断key的类对象或者父类对象是否与keyType相等，如果不相等则抛出ClassCastException异常。
  注意EnumMap并没有类似HashMap的resize的过程，也没有加载因子的概念，因为在一个EnumMap创建的时候，keyUniverse和vals的大小就固定。

EnumMap使用

  先举个小例子：

package collections.map;

import java.util.EnumMap;
import java.util.Map;

public class EnumMapTest
{
    public enum Color
    {
        RED,BLUE,BLACK,YELLOW,GREEN;
    }
    public static void main(String[] args)
    {
        EnumMap<Color,String> map = new EnumMap<>(Color.class);
        EnumMap<Color,String> map = new EnumMap<>(Color.class);
        map.put(Color.YELLOW, "黄色");
        map.put(Color.RED, "红色");
        map.put(Color.BLUE, null);
//        map.put(null, "无"); //会报NullPonitException的错误
        map.put(Color.BLACK, "黑色");
        map.put(Color.GREEN, "绿色");

        for(Map.Entry<Color,String> entry:map.entrySet())
        {
            System.out.println(entry.getKey()+":"+entry.getValue());
        }
        System.out.println(map);
    }
}

  运行结果：

RED:红色
BLUE:null
BLACK:黑色
YELLOW:黄色
GREEN:绿色
{RED=红色, BLUE=null, BLACK=黑色, YELLOW=黄色, GREEN=绿色}

  EnumMap的key不允许为null，value可以为null，按照key在enum中的顺序进行保存，非线程安全。可以用工具类Collections进行包装成线程安全的：

Map<EnumKey, V> m = Collections.synchronizedMap(new EnumMap<EnumKey, V>(...));

  有关enum的应用知识可以参考《Java枚举类型enum》。
  EnumMap的基本操作都比较快，都在常量时间内完成，基本上（但不保证）比HashMap快。
  EnumMap有三个构造函数：

• public EnumMap(Class<K> keyType)；
• public EnumMap(EnumMap<K, ? extends V> m)；
• public EnumMap(Map<K, ? extends V> m) ；

  前两个构造函数一目了然，对第三个构造函数进行分析：

Map<Integer,Integer> map1 = new HashMap<>();
        map1.put(1, 1);
        map1.put(3, 3);
        map1.put(2, 2);
        Map<Integer,Integer> map2 = new EnumMap<>(map1);//编译器提示错误：Cannot infer type arguments for EnumMap<>

  这个是因为Integer并不是extends Enum;
  这里变换一下，采用Map

Map<Enum,Integer> map1 = new HashMap<>();
        map1.put(Color.YELLOW, 1);
        map1.put(Color.RED, 3);
        map1.put(Color.BLUE, 2);
        Map<Enum,Integer> map2 = new EnumMap<>(map1);

        for(Map.Entry entry:map2.entrySet())
        {
            System.out.println(entry.getKey()+":"+entry.getValue());
        }
        System.out.println(map2);
        System.out.println(map2.size());

  能够正常运行，输出结果：

RED:3
BLUE:2
YELLOW:1
{RED=3, BLUE=2, YELLOW=1}
3

  相信大家能够总结个一二了吧。

EnumMap用途

  《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。
  这里采用《Effective Java》书中的例子来举例。

     public static class Herb {
        public enum Type
        {
            ANNUAL, PERENNIAL, BIENNTAL
        }

        private final String name;
        private final Type type;

        public Herb(String name, Type type)
        {
            this.name = name;
            this.type = type;
        }

        public Type getType()
        {
            return type;
        }

        @Override
        public String toString()
        {
            return name;
        }
    }

  现在用一座种满香草的花园，想要按照类型（一年生、多年生、两年生，即上面Type的类型）进行组织之后将这些植物列出来。如果使用数组实现的话，需要构建三个集合，每种类型一个，并且遍历整座花园，将每种香草放到相应的集合中。

Herb[] garden = new Herb[]{new Herb("f1",Herb.Type.ANNUAL),new Herb("f2",Herb.Type.PERENNIAL),new Herb("f3",Herb.Type.BIENNTAL),
                new Herb("f4",Herb.Type.PERENNIAL),new Herb("f5",Herb.Type.ANNUAL),new Herb("f6",Herb.Type.BIENNTAL),
                new Herb("f7",Herb.Type.ANNUAL),new Herb("f8",Herb.Type.BIENNTAL),new Herb("f9",Herb.Type.PERENNIAL)};

        Set<Herb>[] herbsByType = (Set<Herb>[]) new Set[Herb.Type.values().length];
        for(int i=0;i<herbsByType.length;i++)
        {
            herbsByType[i] = new HashSet<Herb>();
        }
        for(Herb h:garden)
        {
            herbsByType[h.type.ordinal()].add(h);
        }
        for(int i=0;i<herbsByType.length;i++)
        {
            System.out.printf("%s:%s%n", Herb.Type.values()[i],herbsByType[i]);
        }

  运行结果：

ANNUAL:[f5, f7, f1]
PERENNIAL:[f4, f2, f9]
BIENNTAL:[f8, f3, f6]

  这种方法确实可行，但是影藏着许多问题。因为数组不能和泛型兼容，程序需要进行未受检的转换，并且不能正确无误地进行编译。因为数组不知道它的索引代表着什么，你必须手工标注这些索引的输出。但是这种方法最严重的问题在于，当你访问一个按照枚举的叙述进行索引的数组时，使用正确的int值就是你的职责了，int不能提供枚举的类型安全。
  但是你可以用EnumMap改善这个程序：

Herb[] garden = new Herb[]{new Herb("f1",Herb.Type.ANNUAL),new Herb("f2",Herb.Type.PERENNIAL),new Herb("f3",Herb.Type.BIENNTAL),
                new Herb("f4",Herb.Type.PERENNIAL),new Herb("f5",Herb.Type.ANNUAL),new Herb("f6",Herb.Type.BIENNTAL),
                new Herb("f7",Herb.Type.ANNUAL),new Herb("f8",Herb.Type.BIENNTAL),new Herb("f9",Herb.Type.PERENNIAL)};
        Map<Herb.Type, Set<Herb>> herbsByType = new EnumMap<>(Herb.Type.class);
        for(Herb.Type t : Herb.Type.values())
        {
            herbsByType.put(t, new HashSet<Herb>());
        }
        for(Herb h:garden)
        {
            herbsByType.get(h.type).add(h);
        }
        System.out.println(herbsByType);

  运行结果：

{ANNUAL=[f7, f1, f5], PERENNIAL=[f4, f2, f9], BIENNTAL=[f8, f6, f3]}

  这段程序更剪短、更清楚，也更安全，运行速度方面可以与使用序数的数组相媲美。注意EnumMap构造器采用键类型的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。

总结

  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。EnumMap在内部使用枚举类型的ordinal()得到当前实例的声明次序，并使用这个次序维护枚举类型实例对应值在数组的位置。

参考资料：
1. 《Java枚举类型enum》
2. 《Effective Java(Second Edition)》. Joshua Bloch.
3. 《EnumMap与Enumset的使用 》