高效Java技巧之尽可能使用枚举代替常量

Posted on August 20, 2017 本文总阅读量次

有些类型的数据是可枚举的，比如一年的春夏秋冬四季、一年的十二个月、一周的七天，以及应用中其它可枚举的数据。有些代码中习惯使用常量来表示这些可枚举的数据，分为以下两种：

int常量
String常量

public static final int APPLE_FUJI =0;
public static final int APPLE_PIPPIN =1;
public static final int APPLE_GRANNY_SMITH = 2;
public static final int ORANGE_NAVEL  = 0;
public static final int ORANGE_TEMPLE = 1;
public static final int ORANGE_BLOOD  = 2;

使用int常量，具有以下缺点：

没有强制分组，一个文件内可能存在多组数据，影响可读性和使用。
int值是编译时常量（compile-time constants），当值改变时，客户端如果没有重新编译，仍然可以正常运行，但是行为却变化了。
不可打印，打印出的int值，无法直接表示数据的含义。
不可遍历，没有办法在组内遍历所有枚举数据。

String常量与int常量类似，虽然在可打印性这方面好于int常量，但却更不值得考虑。因为：

比较String类型的数据值可能导致性能问题。
容易引导调用方使用硬编码（hard-code）字符串，而字符串的拼写错误在编译时是无法发现的，这将导致bug。

所以，应当枚举代替常量表示枚举型数据。

1 2	public enum Apple { FUJI, PIPPIN, GRANNY_SMITH } public enum Orange { NAVEL, TEMPLE, BLOOD }

Java枚举类型

在C，C++，和C#中，枚举只是一个int常量。而Java枚举类，更加强大。enum这个关键字实际上是一个语法糖，编译器对其解析的结果，实际上是一个继承了Enum的类，并且实现了许多方法。下面的两段代码，第一段是定义了一个枚举。第二段代码是这个枚举的字节码文件，反编译后的一种结果。
以下为源代码：


public enum TantanitLogoEnum {
    singleton
}

以下为反编译后的结果：


/*
 * Decompiled with CFR 0_121.
 */
package com.tantanit.effective;

public final class TantanitLogoEnum
extends Enum<TantanitLogoEnum> {
    public static final /* enum */ TantanitLogoEnum singleton = new TantanitLogoEnum();
    private static final /* synthetic */ TantanitLogoEnum[] $VALUES;

    public static TantanitLogoEnum[] values() {
        return (TantanitLogoEnum[])$VALUES.clone();
    }

    public static TantanitLogoEnum valueOf(String name) {
        return Enum.valueOf(TantanitLogoEnum.class, name);
    }

    private TantanitLogoEnum() {
        super(string, n);
    }

    static {
        $VALUES = new TantanitLogoEnum[]{singleton};
    }
}

它的基本思路是，为每一个枚举常量，通过一个公有静态常量字段，提供唯一的一个实例。枚举类型都是常量，并且没有可访问的构造器。使用枚举的时候，既不能创建新的实例，又不能继承这个枚举，所以，只能使用枚举创建好的这些实例。换句话说，枚举是对实例可控的（instance-controlled）。枚举是广义上的单例。在我的上一篇文章中介绍了实现单例的几种方式，并且说明只有枚举能够防止反射攻击。由于enum是一个语法糖，隐藏了代码的细节。所以枚举在语法级别防止反射攻击。实际上，枚举满足除了延迟加载之外的所有要求：

反射攻击（防止通过反射调用私有属性或方法，生成新的实例）
反序列化问题（防止多次反序列化生成多个不同的实例）
线程安全（防止不同线程生成多个不同的实例）

由于枚举实际上是一个继承自Enum的类，而Enum实现了readObject方法，在反序列化时会抛出异常，所以可以防止多次反序列化生成多个不同的实例。而由于枚举变量在编译之后实际上是static final，所以可以保证多个线程只会创建一个实例。但是需要注意的是，我们在枚举中自己添加的方法并不是线程安全的，需要自己处理这个问题。更多单例相关的知识，可以查看我的我的上一篇文章。

枚举的其它好处

枚举提供了编译时类型检查，如果你定义了一个类型为Apple的参数，可以保证传入的值要么是null，要么是三个有效值中的一个。
两个不同类型的枚举，可以定义相同名称的枚举常量，因为每个枚举类型有自己的命名空间（这个很好理解，每个类都有自己的命名空间）。
可以在枚举中添加常量，或者改变常量的顺序，而不必重新编译使用方的代码。因为枚举将枚举常量导出的那段代码，使得枚举和客户端代码绝缘，枚举的值并不会像上面说的int常量那样编译到客户端中。
可以调用toString方法，很方便地打印枚举实例值。
与int常量相比，枚举类型可以随意地添加方法、字段以及实现接口。高质量地实现了Object类的所有方法，并且实现了Comparable和Serializable接口，对Serializable的实现设计成可以容忍枚举类型的大多数改变。

枚举类，总体来说，性能和int常量相当。只有在加载和初始化的时候会有一些开销，但这在大多数情况下是可以忽略的。

什么时候使用枚举

什么时候需要使用枚举呢？答案是需要使用固定的常量集合任何时候。既包含一年四季，一周七天这种自然枚举，也包含在编译时就知道所有可能值的其它情况，比如加减乘除等运算。枚举值不必是固定的，可以在后面继续添加。

与int常量相比，枚举的优点是很明显的。枚举更具可读性、更安全，并且功能更强大。许多枚举不需要明显的构造器和成员变量，而有些枚举通过为每个枚举值绑定数据，并且为这些数据提供函数，可以添加额外的功能。