用好 Java 中的枚举让你的工作效率飞起来

2021-07-22 09:19 Java后端技术

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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;

publicenum 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:
publicclass Pizza {
    private PizzaStatus status;
    publicenum PizzaStatus {
        ORDERED,
        READY,
        DELIVERED;
    }

    public boolean isDeliverable() {
        if (getStatus() == PizzaStatus.READY) {
            returntrue;
        }
        returnfalse;
    }

    // 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: return5;
        case READY: return2;
        case DELIVERED: return0;
    }
    return0;
}

5.枚举类型的属性,方法和构造函数

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:
publicclass Pizza {

    private PizzaStatus status;
    publicenum PizzaStatus {
        ORDERED (5){
            @Override
            public boolean isOrdered() {
                returntrue;
            }
        },
        READY (2){
            @Override
            public boolean isReady() {
                returntrue;
            }
        },
        DELIVERED (0){
            @Override
            public boolean isDelivered() {
                returntrue;
            }
        };

        privateint timeToDelivery;

        public boolean isOrdered() {returnfalse;}

        public boolean isReady() {returnfalse;}

        public boolean isDelivered(){returnfalse;}

        public int getTimeToDelivery() {
            return timeToDelivery;
        }

        PizzaStatus (int timeToDelivery) {
            this.timeToDelivery = timeToDelivery;
        }
    }

    public boolean isDeliverable() {
        returnthis.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。
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:RegularEnumSetJumboEnumSet,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、containsAllremoveAll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()
publicclass Pizza {

    privatestatic EnumSet<PizzaStatus> undeliveredPizzaStatuses =
      EnumSet.of(PizzaStatus.ORDERED, PizzaStatus.READY);

    private PizzaStatus status;

    publicenum PizzaStatus {
        ...
    }

    public boolean isDeliverable() {
        returnthis.status.isReady();
    }

    public void printTimeToDeliver() {
        System.out.println("Time to delivery is " +
          this.getStatus().getTimeToDelivery() + " days");
    }

    public static List<Pizza> getAllUndeliveredPizzas(List<Pizza> 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<Pizza> 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<Pizza> 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<Pizza.PizzaStatus, Pizza> 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:
publicstatic EnumMap<PizzaStatus, List<Pizza>>
  groupPizzaByStatus(List<Pizza> pizzaList) {
    EnumMap<PizzaStatus, List<Pizza>> pzByStatus =
      new EnumMap<PizzaStatus, List<Pizza>>(PizzaStatus.class);

    for (Pizza pz : pizzaList) {
        PizzaStatus status = pz.getStatus();
        if (pzByStatus.containsKey(status)) {
            pzByStatus.get(status).add(pz);
        } else {
            List<Pizza> newPzList = new ArrayList<Pizza>();
            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<Pizza> 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<Pizza.PizzaStatus,List<Pizza>> 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:
publicenum 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:
publicenum 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);
}
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()groupPizzaByStatus()方法变得如此简洁:
本文章转载自公众号:JavaITWork

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