面試官：為啥需要枚舉？枚舉有什麼作用？怎麼用枚舉實作單例？

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Java基礎：枚舉的用法與原理

在學習過程中，我們也隻是在定義常量的時候，會意識到枚舉的存在，而定義常量其實可以在類中實作，這時就會感覺枚舉有點雞肋。但在實際項目開發的過程中，枚舉因相當迷人的特性而受到越來越多的關注。

本文将按以下小節點來，一一介紹枚舉：

• 枚舉的實作
• 枚舉的用法
• 枚舉的原理
• 枚舉與單例

1. 枚舉的實作

枚舉是JDK1.5之後的特性，在此之前一般是在類中對常量進行定義。那麼為什麼需要枚舉呢？舉個栗子：

使用靜态變量定義四季

假如我們需要使用四個變量來代表“春夏秋冬”：

這時候隻要直接引用Season.SPRING就可以了，我們不需要去操心SPRING在存儲時是什麼資料。但是如果我們想做更多的事：知道下一個季節是什麼，還想把季節列印出來：

因為将Season類的構造方法私有化，外界就不能建立該類的對象了，這就避免了其他奇怪的季節的出現，所有Season對象都在該内部建立。

但是有個問題，用于存儲的int值不見了，是以我們還需要設定另一個方法：

這時如果需要一個Season對象對應的int資料，隻需要Season.toInt(Season.SPRING)即可。

但是這種寫法有一個隐患：如果想要擴充功能，需要寫大量的if-else判斷。

這時，枚舉來啦。

枚舉定義四季

我們還是以四季作為栗子：

好啦，枚舉定義完了。我們來看看怎麼使用它：

在枚舉中，預設的toString()方法傳回的就是枚舉類中對應的名稱。但是我們上面要求列印出來的是如”春季“等，而不是名稱本身，且四季對應的int值也是必要的。是以我們還得自己完善枚舉：

這樣，我們就實作了既定的目标，和之前的代碼相比，沒有那麼多if-else，是不是感覺少了很多煩惱呢？

是以，我們在定義有限的序列時，如星期、性别等，一般會通過靜态變量的形式進行定義，但是這種形式在添加功能的時候，就會需要很多不利于擴充和維護的代碼，是以枚舉的實作，可以簡化這些操作。

2. 枚舉的用法

枚舉類中有些方法還是比較常用的，在此示範幾個比較重要的方法。以四季為例：

Season.valueOf()方法

此方法的作用是傳來一個字元串，然後将它轉換成對應的枚舉變量。前提是傳入的字元串和定義枚舉變量的字元串一模一樣，須區分大小寫。如果傳入了一個不存在的字元串，那麼會抛出異常。

運作結果為：

Season.values()方法和Season.ordinal()方法

Season.values()方法會傳回包括所有枚舉變量的資料。

預設情況下，枚舉會給所有的枚舉變量提供一個預設的次序，該次序類似數組的下标，從0開始，而Season.ordinal()方法正是可以擷取其次序的方法。

for (Season s: Season.values()){
            System.out.println(s + ".ordinal() --> "+s.ordinal());
        }
           

運作結果為：

Season.toString()方法和Season.name()方法

Season.toString()方法會傳回枚舉定義枚舉變量時的字元串。此方法同Season.name()方法是一樣的。

運作結果為：

從實作過程來看，name()方法和toString()方法可以說是一樣的。

但它們之間唯一的差別是，toString()方法可以重寫，但name()方法被final修飾了，不能重寫。

Season.compareTo()方法

這個方法用于比較兩個枚舉變量的“大小”，實際上比較的是兩個枚舉變量之間的次序，并傳回次序相減之後的結果。

運作結果為：

我們來看看它的源碼：

在這裡其實我們就已經可以看到了，compareTo()方法中會先判斷是否屬于同一個枚舉的變量，然後再傳回內插補點。

那麼枚舉有什麼要注意的東西呢？

• 枚舉使用的是enum關鍵字，而不是class；
• 枚舉變量之間用逗号隔開，且枚舉變量最好用大寫，多個單詞之間使用“_"隔開（INT_SUM）。
• 定義完變量之後，以分号結束，如果隻是有枚舉變量，而不是自定義變量，分号可以省略。
• 隻需要類名.變量名就可以召喚枚舉變量了，跟使用靜态變量一樣。

枚舉與switch

枚舉是JDK1.5才有的特性，同時switch也更新了。使用switch進行條件判斷的時候，條件整數一般隻能是整型，字元型，而枚舉型确實也被switch所支援。還是用“四季“舉個栗子：

運作結果為：

枚舉的進階使用方法

我們還是拿四季來做個例子：

在這裡，SPRING對應的ordinal值對應的就是0，SUMMER對應的就是1。如果我們想将SPRING的值為1，那麼就需要自己定義變量：

如果我們想對一個枚舉變量做兩個次元的描述呢？

總結一下，如果需要自定義枚舉變量，需要注意一下幾點：

• 一定要把枚舉變量的定義放在第一行，并且以分号結尾；
• 構造函數必須私有化，但也不是一定要寫private，事實上枚舉的構造函數預設并強制為private，寫public是無法通過編譯的。
• ordinal還是按照它的規則給每個枚舉變量按次序指派，自定義變量與預設的ordinal屬性并不沖突。

3. 枚舉的原理

我們還是拿“四季”作為栗子：

反編譯之後，我們可以看到：

經過編譯器編譯之後，Season是一個繼承了Enum類的抽象類，而且枚舉中定義的枚舉變量變成了相應的public static final屬性，其類型為抽象類Season類型，名字就是枚舉變量的名字。

同時我們可以看到，Season.class的相同路徑下看到四個内部類的.class檔案：

也就是說，這四個枚舉常量分别使用了内部類來實作。

同時還添加了兩個方法values()和valueOf(String s)。我們使用的是預設的無參構造函數，但現在的構造函數有兩個參數。還生成了一個靜态代碼塊。下面我們來詳細看下是怎麼回事兒：

下面分析一下位元組碼中各部分内容，先拿靜态代碼塊下手：

靜态代碼塊

靜态代碼塊部分做的工作，就是分别設定生成的四個公共靜态常量字段的值，同時編譯器還生成一個靜态字段$VALUES，儲存的是枚舉類型定義的所有枚舉常量。相當于以下代碼：

values()方法

接下來我們來看看編譯器為我們生成的values()方法：

values()方法是一個公共的靜态方法，是以我們可以直接調用該方法，傳回枚舉的數組。而這個方法實作的是，将靜态代碼塊中初始化的$VALUES字段的值克隆出來，并且強制轉換成Season[]類型傳回，就相當于以下代碼：

valueOf()方法

接下來我們來看另一個由編譯器生成的valueOf()方法：

valueOf()也是一個公共的靜态方法，是以可以直接調用這個方法并傳回參數字元串表示的枚舉變量，另外，這個方法的實作是調用Enum.valueOf()方法，并把類型強制轉換為Season，它相當于如下的代碼：

最後，我們來看下編譯器生成的内部類是什麼樣的。

内部類

我們以Season$1為例：

可以看到，Season 1的構造函數有兩個入參呢？

關于這個問題，我們還是得從Season的父類Enum說起。

從Enum中我們可以看到，每個枚舉都定義了兩個屬性，name和ordinal，name表示枚舉變量的名稱，而ordinal則是根據變量定義的順序授予的整型值，從0開始。

在枚舉變量初始化的時候，會自動初始化這兩個字段，設定相應的值，是以會在Season()的構造方法中添加兩個參數。

而且我們可以從Enum的源碼中看到，大部分的方法都是final修飾的，特别是clone、readObject、writeObject這三個方法，保證了枚舉類型的不可變性，不能通過克隆、序列化和反序列化複制枚舉，這就保證了枚舉變量隻是一個執行個體，即是單例的。

總結一下，其實枚舉本質上也是通過普通的類來實作的，隻是編譯器為我們進行了處理。每個枚舉類型都繼承自Enum類，并由編譯器自動添加了values()和valueOf()方法，每個枚舉變量是一個靜态常量字段，由内部類實作，而這個内部類繼承了此枚舉類。

所有的枚舉變量都是通過靜态代碼塊進行初始化，也就是說在類加載期間就實作了。

另外，通過把clone、readObject、writeObject這三個方法定義為final，保證了每個枚舉類型及枚舉常量都是不可變的，也就是說，可以用枚舉實作線程安全的單例。

4. 枚舉與單例

枚舉類實作單例模式相當硬核，因為枚舉類型是線程安全的，且隻會裝載一次。使用枚舉類來實作單例模式，是所有的單例實作中唯一一種不會被破壞的單例模式實作。

結語

在學習Java枚舉類的時候，原本列出來了很多問題如Java枚舉的線程安全和序列化問題，但是在了解完Java枚舉的原理之後，這些問題，都迎刃而解了，也許在未來可能會碰上枚舉的特例吧。

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