Java枚举类型详解：从基础到高级应用

最后修改:2024年1月5日

by baeldung

1. 概述

本文将深入探讨Java枚举（enum）的核心概念、解决的问题以及在实际开发中的设计模式应用。

Java 5首次引入了enum关键字。它表示一种特殊的类，默认继承自java.lang.Enum类。官方使用文档可参考Java 21 API文档。

使用枚举定义常量能带来以下优势：

  • 提升代码可读性
  • 实现编译时类型检查
  • 提前声明合法值列表
  • 避免因传入无效值导致的意外行为

下面是一个简单的披萨订单状态枚举示例，包含三种状态：已下单（ORDERED）、已就绪（READY）、已送达（DELIVERED）：

public enum PizzaStatus {
    ORDERED,
    READY, 
    DELIVERED; 
}

此外，枚举自带许多实用方法，若使用传统的public static final常量则需要自行实现这些方法。

2. 自定义枚举方法

理解枚举基础后，我们通过扩展API方法升级前面的示例：

public class Pizza {
    private PizzaStatus status;
    public enum PizzaStatus {
        ORDERED,
        READY,
        DELIVERED;
    }

    public boolean isDeliverable() {
        if (getStatus() == PizzaStatus.READY) {
            return true;
        }
        return false;
    }
    
    // 状态变量的getter和setter方法
}

3. 使用"=="比较枚举类型

由于JVM中每个枚举常量只有唯一实例，我们可以安全使用==运算符进行比较（如上例所示）。该运算符还提供编译时和运行时双重安全保障。

运行时安全

以下代码片段展示了==与equals的区别：

if(testPz.getStatus().equals(Pizza.PizzaStatus.DELIVERED)); // 可能抛NullPointerException
if(testPz.getStatus() == Pizza.PizzaStatus.DELIVERED);     // 安全处理null值

编译时安全

考虑不同枚举类型的比较场景：

if(testPz.getStatus().equals(TestColor.GREEN)); // 编译通过但逻辑错误
if(testPz.getStatus() == TestColor.GREEN);       // 编译器直接报错

使用==时，编译器会检测类型不兼容错误，避免逻辑陷阱。

4. 在switch语句中使用枚举

枚举类型天然适用于switch语句：

public int getDeliveryTimeInDays() {
    switch (status) {
        case ORDERED: return 5;
        case READY: return 2;
        case DELIVERED: return 0;
    }
    return 0;
}

5. 枚举中的字段、方法和构造器

枚举类型可定义构造器、方法和字段，使其功能异常强大。下面扩展披萨订单示例，实现状态转换逻辑，消除之前的if/switch语句：

public class Pizza {

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

        private int timeToDelivery;

        public boolean isOrdered() {return false;}

        public boolean isReady() {return false;}

        public boolean isDelivered(){return false;}

        public int getTimeToDelivery() {
            return timeToDelivery;
        }

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

    public boolean isDeliverable() {
        return this.status.isReady();
    }

    public void printTimeToDeliver() {
        System.out.println("Time to delivery is " + 
          this.getStatus().getTimeToDelivery());
    }
    
    // 状态变量的getter和setter方法
}

测试代码验证其工作原理：

@Test
public void givenPizaOrder_whenReady_thenDeliverable() {
    Pizza testPz = new Pizza();
    testPz.setStatus(Pizza.PizzaStatus.READY);
    assertTrue(testPz.isDeliverable());
}

6. EnumSet与EnumMap

6.1 EnumSet

EnumSet是专为枚举类型设计的Set实现。相比HashSet，它采用内部位向量表示，具有以下优势：

  • 极高的存储和计算效率
  • 提供类型安全的替代方案，替代传统的int位标志
  • 代码更简洁可读

EnumSet是抽象类，根据枚举常量数量自动选择RegularEnumSet或JumboEnumSet实现。

使用场景建议：

  • 需要操作枚举常量集合时（子集操作、增删、批量操作等）优先使用EnumSet
  • 仅需遍历所有常量时使用Enum.values()

下面展示如何用EnumSet创建常量子集：

public class Pizza {

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

    private PizzaStatus status;

    public enum PizzaStatus {
        ...
    }

    public boolean isDeliverable() {
        return this.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); 
        } 
    }
    
    // 状态变量的getter和setter方法
}

测试代码验证EnumSet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是专为枚举常量作为键的Map实现。相比HashMap，它内部采用数组实现，更高效紧凑：

EnumMap<Pizza.PizzaStatus, Pizza> map;

实际使用示例：

public static 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;
}

测试代码验证分组功能：

@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. 使用枚举实现设计模式

7.1 单例模式

传统单例实现较为繁琐，而枚举提供了一种简单粗暴的实现方式。更重要的是：

  • 枚举类隐式实现Serializable接口
  • JVM保证枚举单例的唯一性（避免反序列化创建新实例的坑）

单例实现示例：

public enum PizzaDeliverySystemConfiguration {
    INSTANCE;
    PizzaDeliverySystemConfiguration() {
        // 初始化配置（如覆盖默认配送策略）
    }

    private PizzaDeliveryStrategy deliveryStrategy = PizzaDeliveryStrategy.NORMAL;

    public static PizzaDeliverySystemConfiguration getInstance() {
        return INSTANCE;
    }

    public PizzaDeliveryStrategy getDeliveryStrategy() {
        return deliveryStrategy;
    }
}

7.2 策略模式

传统策略模式需要定义接口和多个实现类，新增策略需新增类。使用枚举可简化实现，新增策略只需添加新枚举实例：

public enum 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);
}

在Pizza类中添加配送方法：

public void deliver() {
    if (isDeliverable()) {
        PizzaDeliverySystemConfiguration.getInstance().getDeliveryStrategy()
          .deliver(this);
        this.setStatus(PizzaStatus.DELIVERED);
    }
}

测试配送功能：

@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

利用Java 8的lambda和Stream API，可大幅简化Pizza类中的方法：

public static List<Pizza> getAllUndeliveredPizzas(List<Pizza> input) {
    return input.stream().filter(
      (s) -> !deliveredPizzaStatuses.contains(s.getStatus()))
        .collect(Collectors.toList());
}

public static EnumMap<PizzaStatus, List<Pizza>> 
  groupPizzaByStatus(List<Pizza> pzList) {
    EnumMap<PizzaStatus, List<Pizza>> map = pzList.stream().collect(
      Collectors.groupingBy(Pizza::getStatus,
      () -> new EnumMap<>(PizzaStatus.class), Collectors.toList()));
    return map;
}

9. 枚举的JSON表示

使用Jackson库可将枚举序列化为JSON对象（类似POJO）。添加@JsonFormat注解实现：

@JsonFormat(shape = JsonFormat.Shape.OBJECT)
public enum PizzaStatus {
    ORDERED (5){
        @Override
        public boolean isOrdered() {
            return true;
        }
    },
    READY (2){
        @Override
        public boolean isReady() {
            return true;
        }
    },
    DELIVERED (0){
        @Override
        public boolean isDelivered() {
            return true;
        }
    };

    private int timeToDelivery;

    public boolean isOrdered() {return false;}

    public boolean isReady() {return false;}

    public boolean isDelivered(){return false;}

    @JsonProperty("timeToDelivery")
    public int getTimeToDelivery() {
        return timeToDelivery;
    }

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

使用示例：

Pizza pz = new Pizza();
pz.setStatus(Pizza.PizzaStatus.READY);
System.out.println(Pizza.getJsonString(pz));

生成的JSON输出：

{
  "status" : {
    "timeToDelivery" : 2,
    "ready" : true,
    "ordered" : false,
    "delivered" : false
  },
  "deliverable" : true
}

10. 总结

本文系统探讨了Java枚举的核心特性，从基础语法到高级实战应用，涵盖：

  • 枚举类型的基础优势
  • 自定义方法和构造器
  • 高效比较操作
  • 与EnumSet/EnumMap的集成
  • 设计模式实现（单例/策略）
  • Java 8新特性应用
  • JSON序列化方案

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原始标题:A Guide to Java Enums

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