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Java基础：枚举的用法与原理
在学习过程中，我们也只是在定义常量的时候，会意识到枚举的存在，而定义常量其实可以在类中实现，这时就会感觉枚举有点鸡肋。但在实际项目开发的过程中，枚举因相当迷人的特性而受到越来越多的关注。
本文将按以下小节点来，一一介绍枚举：
枚举的实现
枚举的用法
枚举的原理
枚举与单例
1. 枚举的实现
枚举是JDK1.5之后的特性，在此之前一般是在类中对常量进行定义。那么为什么需要枚举呢？举个栗子：
使用静态变量定义四季
假如我们需要使用四个变量来代表“春夏秋冬”：
public class Season { public final static int SRPING = 1; public final static int SUMMER = 2; public final static int AUTUMN = 3; public final static int WINTER = 4;}
这时候只要直接引用Season.SPRING就可以了，我们不需要去操心SPRING在存储时是什么数据。但是如果我们想做更多的事：知道下一个季节是什么，还想把季节打印出来：
public class Season { private Season(){} public final static Season SPRING = new Season(); public final static Season SUMMER = new Season(); public final static Season AUTUMN = new Season(); public final static Season WINTER = new Season(); public static Season getNextSeason(Season nowSeason){ if(nowSeason == SPRING){ return SUMMER; }else if(nowSeason == SUMMER){ return AUTUMN; }else if(nowSeason == AUTUMN){ return WINTER; }else{ return SPRING; } } public static void printNowSeason(Season nowSeason){ if(nowSeason == SPRING){ System.out.println("春季"); }else if(nowSeason == SUMMER){ System.out.println("夏季"); }else if(nowSeason == AUTUMN){ System.out.println("秋季"); }else{ System.out.println("冬季"); } } public static void main(String[] args){ Season nowSeason = Season.SUMMER; Season.printNowSeason(nowSeason); Season nextSeason = Season.getNextSeason(nowSeason); Season.printNowSeason(nextSeason); }}
因为将Season类的构造方法私有化，外界就不能创建该类的对象了，这就避免了其他奇怪的季节的出现，所有Season对象都在该内部创建。
但是有个问题，用于存储的int值不见了，所以我们还需要设定另一个方法：
public static int toInt(Season nowSeason){ if(nowSeason == SPRING){ return 1; }else if(nowSeason == SUMMER){ return 2; }else if(nowSeason == AUTUMN){ return 3; }else{ return 4; } }
这时如果需要一个Season对象对应的int数据，只需要Season.toInt(Season.SPRING)即可。
但是这种写法有一个隐患：如果想要扩展功能，需要写大量的if-else判断。
这时，枚举来啦。
枚举定义四季
我们还是以四季作为栗子：
public enum Season { SPRING, SUMMER, AUTUMN, WINTER;}
好啦，枚举定义完了。我们来看看怎么使用它：
class Test{ public static void main(String[] args){ System.out.println(Season.SUMMER); //输出：SUMMER }}
在枚举中，默认的toString()方法返回的就是枚举类中对应的名称。但是我们上面要求打印出来的是如”春季“等，而不是名称本身，且四季对应的int值也是必要的。所以我们还得自己完善枚举：
public enum Season { SPRING(0), SUMMER(1), AUTUMN(2), WINTER(3); private int value; private Season(int value){ this.value = value; } public static Season getNextSeason(Season nowSeason){ int nextDayValue = nowSeason.value; if(++nextDayValue == 3){ nextDayValue = 0; } return getSeasonByValue(nextDayValue); } public static Season getSeasonByValue(int value){ for(Season s : Season.values()){ if(s.value == value){ return s; } } return null; }}class Test{ public static void main(String[] args){ System.out.println("nowSeason->"+Season.SPRING+", value->"+Season.SPRING.ordinal()); System.out.println("nextSeason->"+Season.getNextSeason(Season.SPRING)); }}
这样，我们就实现了既定的目标，和之前的代码相比，没有那么多if-else，是不是感觉少了很多烦恼呢？
所以，我们在定义有限的序列时，如星期、性别等，一般会通过静态变量的形式进行定义，但是这种形式在添加功能的时候，就会需要很多不利于扩展和维护的代码，所以枚举的实现，可以简化这些操作。
2. 枚举的用法
枚举类中有些方法还是比较常用的，在此演示几个比较重要的方法。以四季为例：
public enum Season { SPRING, SUMMER, AUTUMN, WINTER}
Season.valueOf()方法
此方法的作用是传来一个字符串，然后将它转换成对应的枚举变量。前提是传入的字符串和定义枚举变量的字符串一模一样，须区分大小写。如果传入了一个不存在的字符串，那么会抛出异常。
System.out.println(Season.valueOf("spring".toUpperCase()));System.out.println(Season.valueOf("nyfor2020"));
运行结果为：
Exception in thread "main" SPRINGjava.lang.IllegalArgumentException: No enum constant Season.nyfor2020 at java.lang.Enum.valueOf(Enum.java:238) at Season.valueOf(Season.java:5) at Test.main(Season.java:11)
Season.values()方法和Season.ordinal()方法
Season.values()方法会返回包括所有枚举变量的数据。
默认情况下，枚举会给所有的枚举变量提供一个默认的次序，该次序类似数组的下标，从0开始，而Season.ordinal()方法正是可以获取其次序的方法。
for (Season s: Season.values()){
System.out.println(s + ".ordinal() --> "+s.ordinal());
}
运行结果为：
SPRING.ordinal() --> 0SUMMER.ordinal() --> 1AUTUMN.ordinal() --> 2WINTER.ordinal() --> 3
Season.toString()方法和Season.name()方法
Season.toString()方法会返回枚举定义枚举变量时的字符串。此方法同Season.name()方法是一样的。
System.out.println("SEASON.SPRING.name --> "+Season.SPRING.name());System.out.println("SEASON.SPRING.toString --> "+Season.SPRING.toString());
运行结果为：
SEASON.SPRING.name --> SPRINGSEASON.SPRING.toString --> SPRING
从实现过程来看，name()方法和toString()方法可以说是一样的。
public abstract class Enum
但它们之间唯一的区别是，toString()方法可以重写，但name()方法被final修饰了，不能重写。
Season.compareTo()方法
这个方法用于比较两个枚举变量的“大小”，实际上比较的是两个枚举变量之间的次序，并返回次序相减之后的结果。
System.out.println("SEASON.SPRING.compareTo(SEASON.WINTER) --> "+ Season.SPRING.compareTo(Season.WINTER));
运行结果为：
SEASON.SPRING.compareTo(SEASON.WINTER) --> -3
我们来看看它的源码：
public final int compareTo(E o) { Enum other = (Enum)o; Enum
在这里其实我们就已经可以看到了，compareTo()方法中会先判断是否属于同一个枚举的变量，然后再返回差值。
那么枚举有什么要注意的东西呢？
枚举使用的是enum关键字，而不是class；
枚举变量之间用逗号隔开，且枚举变量最好用大写，多个单词之间使用“_"隔开（INT_SUM）。
定义完变量之后，以分号结束，如果只是有枚举变量，而不是自定义变量，分号可以省略。
只需要类名.变量名就可以召唤枚举变量了，跟使用静态变量一样。
枚举与switch
枚举是JDK1.5才有的特性，同时switch也更新了。使用switch进行条件判断的时候，条件整数一般只能是整型，字符型，而枚举型确实也被switch所支持。还是用“四季“举个栗子：
public enum Season { SPRING, SUMMER, AUTUMN, WINTER}class SeasonSwitch{ public void judge(Season s){ switch (s){ case SPRING: System.out.println("spring"); break; case SUMMER: System.out.println("summer"); break; case AUTUMN: System.out.println("autumn"); break; case WINTER: System.out.println("winter"); break; } } public static void main(String[] args){ Season s = Season.SPRING; SeasonSwitch seasonSwitch = new SeasonSwitch(); seasonSwitch.judge(s); }}
运行结果为：
spring
枚举的高级使用方法
我们还是拿四季来做个例子：
public enum Season { SPRING, SUMMER, AUTUMN, WINTER}
在这里，SPRING对应的ordinal值对应的就是0，SUMMER对应的就是1。如果我们想将SPRING的值为1，那么就需要自己定义变量：
public enum Season { SPRING(1), SUMMER(2), AUTUMN(3), WINTER(4); private int value; private Season(int value){ this.value = value; }}
如果我们想对一个枚举变量做两个维度的描述呢？
public enum Season { SPRING(1, "spring"), SUMMER(2, "summer"), AUTUMN(3, "autumn"), WINTER(4, "winter"); private int value; private String lab; private Season(int value, String lab){ this.value = value; this.lab = lab; }}
总结一下，如果需要自定义枚举变量，需要注意一下几点：
一定要把枚举变量的定义放在第一行，并且以分号结尾；
构造函数必须私有化，但也不是一定要写private，事实上枚举的构造函数默认并强制为private，写public是无法通过编译的。
ordinal还是按照它的规则给每个枚举变量按次序赋值，自定义变量与默认的ordinal属性并不冲突。
3. 枚举的原理
我们还是拿“四季”作为栗子：
public enum Season { SPRING() { @Override public Season getNextSeason() { return SUMMER; } }, SUMMER() { @Override public Season getNextSeason() { return AUTUMN; } }, AUTUMN() { @Override public Season getNextSeason() { return WINTER; } }, WINTER() { @Override public Season getNextSeason() { return SPRING; } }; public abstract Season getNextSeason();}
反编译之后，我们可以看到：
>javap Season.classCompiled from "Season.java"public abstract class Season extends java.lang.Enum
经过编译器编译之后，Season是一个继承了Enum类的抽象类，而且枚举中定义的枚举变量变成了相应的public static final属性，其类型为抽象类Season类型，名字就是枚举变量的名字。
同时我们可以看到，Season.class的相同路径下看到四个内部类的.class文件：
也就是说，这四个枚举常量分别使用了内部类来实现。
同时还添加了两个方法values()和valueOf(String s)。我们使用的是默认的无参构造函数，但现在的构造函数有两个参数。还生成了一个静态代码块。下面我们来详细看下是怎么回事儿：
>javap -c -v Season.classClassfile /E:/Intellij IDEA/project/JVMTest/src/Season.class Last modified 2020-5-6; size 1114 bytes MD5 checksum 5fb619a1f14495913ba7820312371ded Compiled from "Season.java"public abstract class Season extends java.lang.Enum
下面分析一下字节码中各部分内容，先拿静态代码块下手：
静态代码块
static {}; descriptor: ()V flags: ACC_STATIC Code: stack=4, locals=0, args_size=0 //创建一个Season$1的内部类对象 0: new #8 // class Season$1 3: dup //接下来的两条指令，是将两个参数推送到栈顶，调用Season$1的编译器生成的
静态代码块部分做的工作，就是分别设置生成的四个公共静态常量字段的值，同时编译器还生成一个静态字段$VALUES，保存的是枚举类型定义的所有枚举常量。相当于以下代码：
Season SPRING = new Season1();Season SUMMER = new Season2();Season AUTUMN = new Season3();Season WINTER = new Season4();Season[] $VALUES = new Season[4];$VALUES[0] = SPRING;$VALUES[1] = SUMMER;$VALUES[2] = AUTUMN;$VALUES[3] = WINTER;
values()方法
接下来我们来看看编译器为我们生成的values()方法：
public static Season[] values(); descriptor: ()[LSeason; flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC Code: stack=1, locals=0, args_size=0 0: getstatic #2 // Field $VALUES:[LSeason; 3: invokevirtual #3 // Method "[LSeason;".clone:()Ljava/lang/Object; 6: checkcast #4 // class "[LSeason;" 9: areturn
values()方法是一个公共的静态方法，所以我们可以直接调用该方法，返回枚举的数组。而这个方法实现的是，将静态代码块中初始化的$VALUES字段的值克隆出来，并且强制转换成Season[]类型返回，就相当于以下代码：
public static Season[] values(){ return (Season[])$VALUES.clone();}
valueOf()方法
接下来我们来看另一个由编译器生成的valueOf()方法：
public static Season valueOf(java.lang.String); descriptor: (Ljava/lang/String;)LSeason; flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC Code: stack=2, locals=1, args_size=1 0: ldc #5 // class Season 2: aload_0 3: invokestatic #6 // Method java/lang/Enum.valueOf:(Ljava/lang/Class;Ljava/lang/String;)Ljava/lang/Enum; 6: checkcast #5 // class Season 9: areturn
valueOf()也是一个公共的静态方法，所以可以直接调用这个方法并返回参数字符串表示的枚举变量，另外，这个方法的实现是调用Enum.valueOf()方法，并把类型强制转换为Season，它相当于如下的代码：
public static Season valueOf(String s){ return (Season)Enum.valueOf(Season.class, s);}
最后，我们来看下编译器生成的内部类是什么样的。
内部类
我们以Season$1为例：
>javap Season$1.classCompiled from "Season.java"final class Season$1 extends Season { Season$1(java.lang.String, int); public Season getNextSeason();}
可以看到，Season
1的构造函数有两个入参呢？
关于这个问题，我们还是得从Season的父类Enum说起。
public abstract class Enum
从Enum中我们可以看到，每个枚举都定义了两个属性，name和ordinal，name表示枚举变量的名称，而ordinal则是根据变量定义的顺序授予的整型值，从0开始。
在枚举变量初始化的时候，会自动初始化这两个字段，设置相应的值，所以会在Season()的构造方法中添加两个参数。
而且我们可以从Enum的源码中看到，大部分的方法都是final修饰的，特别是clone、readObject、writeObject这三个方法，保证了枚举类型的不可变性，不能通过克隆、序列化和反序列化复制枚举，这就保证了枚举变量只是一个实例，即是单例的。
总结一下，其实枚举本质上也是通过普通的类来实现的，只是编译器为我们进行了处理。每个枚举类型都继承自Enum类，并由编译器自动添加了values()和valueOf()方法，每个枚举变量是一个静态常量字段，由内部类实现，而这个内部类继承了此枚举类。
所有的枚举变量都是通过静态代码块进行初始化，也就是说在类加载期间就实现了。
另外，通过把clone、readObject、writeObject这三个方法定义为final，保证了每个枚举类型及枚举常量都是不可变的，也就是说，可以用枚举实现线程安全的单例。
4. 枚举与单例
枚举类实现单例模式相当硬核，因为枚举类型是线程安全的，且只会装载一次。使用枚举类来实现单例模式，是所有的单例实现中唯一一种不会被破坏的单例模式实现。
public class SingletonObject { private SingletonObject() { } private enum Singleton { INSTANCE; private final SingletonObject instance; Singleton() { instance = new SingletonObject(); } private SingletonObject getInstance() { return instance; } } public static SingletonObject getInstance() { return Singleton.INSTANCE.getInstance(); }}
结语
在学习Java枚举类的时候，原本列出来了很多问题如Java枚举的线程安全和序列化问题，但是在了解完Java枚举的原理之后，这些问题，都迎刃而解了，也许在未来可能会碰上枚举的特例吧。
本文主要对final关键字进行介绍，如果本文对你有帮助，请给一个赞吧，这会是我最大的动力~
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