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关于Java中枚举Enum的深入剖析

在编程语言中我们,都会接触到枚举类型,通常我们进行有穷的列举来实现一些限定。Java也不例外。Java中的枚举类型为Enum,本文将对枚举进行一些比较深入的剖析。

什么是Enum

Enum是自Java 5 引入的特性,用来方便Java开发者实现枚举应用。一个简单的Enum使用如下。

// ColorEnum.java
public enum ColorEmun {
    RED,
    GREEN,
    YELLOW
}

public void setColorEnum(ColorEmun colorEnum) {
    //some code here
}

setColorEnum(ColorEmun.GREEN);

为什么会有Enum

在Enum之前的我们使用类似如下的代码实现枚举的功能.

public static final int COLOR_RED = 0;
public static final int COLOR_GREEN = 1;
public static final int COLOR_YELLOW = 2;

public void setColor(int color) {
    //some code here
}
//调用
setColor(COLOR_RED)

然而上面的还是有不尽完美的地方

  • setColor(COLOR_RED)与setColor(0)效果一样,而后者可读性很差,但却可以正常运行
  • setColor方法可以接受枚举之外的值,比如setColor(3),这种情况下程序可能出问题

概括而言,传统枚举有如下两个弊端

  • 安全性
  • 可读性,尤其是打印日志时

因此Java引入了Enum,使用Enum,我们实现上面的枚举就很简单了,而且还可以轻松避免传入非法值的风险.

枚举原理是什么

Java中Enum的本质其实是在编译时期转换成对应的类的形式。

首先,为了探究枚举的原理,我们先简单定义一个枚举类,这里以季节为例,类名为Season,包含春夏秋冬四个枚举条目.

public enum Season {
    SPRING,
    SUMMER,
    AUTUMN,
    WINTER
}

然后我们使用javac编译上面的类,得到class文件.

javac Season.java

然后,我们利用反编译的方法来看看字节码文件究竟是什么.这里使用的工具是javap的简单命令,先列举一下这个Season下的全部元素.

➜  company javap Season
Warning: Binary file Season contains com.company.Season
Compiled from "Season.java"
public final class com.company.Season extends java.lang.Enum<com.company.Season> {
  public static final com.company.Season SPRING;
  public static final com.company.Season SUMMER;
  public static final com.company.Season AUTUMN;
  public static final com.company.Season WINTER;
  public static com.company.Season[] values();
  public static com.company.Season valueOf(java.lang.String);
  static {};
}

从上反编译结果可知

  • java代码中的Season转换成了继承自的java.lang.enum的类
  • 既然隐式继承自java.lang.enum,也就意味java代码中,Season不能再继承其他的类
  • Season被标记成了final,意味着它不能被继承

static代码块

使用javap具体反编译class文件,得到静态代码块相关的结果为

static {};
    Code:
       0: new           #4                  // class com/company/Season
       3: dup
       4: ldc           #7                  // String SPRING
       6: iconst_0
       7: invokespecial #8                  // Method "<init>":(Ljava/lang/String;I)V
      10: putstatic     #9                  // Field SPRING:Lcom/company/Season;
      13: new           #4                  // class com/company/Season
      16: dup
      17: ldc           #10                 // String SUMMER
      19: iconst_1
      20: invokespecial #8                  // Method "<init>":(Ljava/lang/String;I)V
      23: putstatic     #11                 // Field SUMMER:Lcom/company/Season;
      26: new           #4                  // class com/company/Season
      29: dup
      30: ldc           #12                 // String AUTUMN
      32: iconst_2
      33: invokespecial #8                  // Method "<init>":(Ljava/lang/String;I)V
      36: putstatic     #13                 // Field AUTUMN:Lcom/company/Season;
      39: new           #4                  // class com/company/Season
      42: dup
      43: ldc           #14                 // String WINTER
      45: iconst_3
      46: invokespecial #8                  // Method "<init>":(Ljava/lang/String;I)V
      49: putstatic     #15                 // Field WINTER:Lcom/company/Season;
      52: iconst_4
      53: anewarray     #4                  // class com/company/Season
      56: dup
      57: iconst_0
      58: getstatic     #9                  // Field SPRING:Lcom/company/Season;
      61: aastore
      62: dup
      63: iconst_1
      64: getstatic     #11                 // Field SUMMER:Lcom/company/Season;
      67: aastore
      68: dup
      69: iconst_2
      70: getstatic     #13                 // Field AUTUMN:Lcom/company/Season;
      73: aastore
      74: dup
      75: iconst_3
      76: getstatic     #15                 // Field WINTER:Lcom/company/Season;
      79: aastore
      80: putstatic     #1                  // Field $VALUES:[Lcom/company/Season;
      83: return
}

其中

  • 0~52为实例化SPRING, SUMMER, AUTUMN, WINTER
  • 53~83为创建Season[]数组$VALUES,并将上面的四个对象放入数组的操作.

values方法

values方法的的返回值实际上就是上面$VALUES数组对象

swtich中的枚举

在Java中,switch-case是我们经常使用的流程控制语句.当枚举出来之后,switch-case也很好的进行了支持.

比如下面的代码是完全正常编译,正常运行的.

public static void main(String[] args) {
        Season season = Season.SPRING;
        switch(season) {
            case SPRING:
                System.out.println("It's Spring");
                break;

            case WINTER:
                System.out.println("It's Winter");
                break;

            case SUMMER:
                System.out.println("It's Summer");
                break;
            case AUTUMN:
                System.out.println("It's Autumn");
                break;
        }
    }

不过,通常情况下switch-case支持类似int的类型,那么它是怎么做到对Enum的支持呢,我们不放反编译上述方法看一下字节码的真实情况.

public static void main(java.lang.String[]);
    Code:
       0: getstatic     #2                  // Field com/company/Season.SPRING:Lcom/company/Season;
       3: astore_1
       4: getstatic     #3                  // Field com/company/Main$1.$SwitchMap$com$company$Season:[I
       7: aload_1
       8: invokevirtual #4                  // Method com/company/Season.ordinal:()I
      11: iaload
      12: tableswitch   { // 1 to 4
                     1: 44
                     2: 55
                     3: 66
                     4: 77
               default: 85
          }
      44: getstatic     #5                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
      47: ldc           #6                  // String It's Spring
      49: invokevirtual #7                  // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
      52: goto          85
      55: getstatic     #5                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
      58: ldc           #8                  // String It's Winter
      60: invokevirtual #7                  // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
      63: goto          85
      66: getstatic     #5                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
      69: ldc           #9                  // String It's Summer
      71: invokevirtual #7                  // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
      74: goto          85
      77: getstatic     #5                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
      80: ldc           #10                 // String It's Autumn
      82: invokevirtual #7                  // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
      88: return

注意上面代码块有这样的一段代码

8: invokevirtual #4                  // Method com/company/Season.ordinal:()I

事实果真如此,在switch-case中,还是将Enum转成了int值(通过调用Enum.oridinal()方法)

枚举与混淆

在Android开发中,进行混淆是我们在发布前必不可少的工作,混下后,我们能增强反编译的难度,在一定程度上保护了增强了安全性.

而开发人员处理混淆更多的是将某些元素加入不混淆的名单,这里枚举就是需要排除混淆的.

在默认的混淆配置文件中,已经加入了关于对枚举混淆的处理

# For enumeration classes, see http://proguard.sourceforge.net/manual/examples.html#enumerations
-keepclassmembers enum * {
    public static **[] values();
    public static ** valueOf(java.lang.String);
}

关于为什么要保留values()方法和valueOf()方法,请参考文章 读懂 Android 中的代码混淆
关于枚举的部分

使用proguard优化

使用Proguard进行优化,可以将枚举尽可能的转换成int。配置如下

-optimizations class/unboxing/enum

确保上述代码生效,需要确proguard配置文件不包含-dontoptimize指令。

当我们使用gradlew打包是,看到类似下面的输出,即Number of unboxed enum classes:1代表已经将一个枚举转换成了int的形式。

Optimizing...
  Number of finalized classes:                 0   (disabled)
  Number of unboxed enum classes:              1
  Number of vertically merged classes:         0   (disabled)
  Number of horizontally merged classes:       0   (disabled)

枚举单例

单例模式是我们在日常开发中可谓是最常用的设计模式.

然后要设计好单例模式,无非考虑一下几点

  • 确保只有唯一实例,不多创建多余实例
  • 确保实例按需创建.

因此传统的做法想要实现单例,大致有一下几种

  • 饿汉式加载
  • 懒汉式synchronize和双重检查
  • 利用java的静态加载机制

相比上述的方法,使用枚举也可以实现单例,而且还更加简单.

public enum AppManager {
    INSTANCE;

    private String tagName;
    public void setTag(String tagName) {
        this.tagName = tagName;
    }

    public String getTag() {
        return tagName;
    }
}

调用起来也更加简单

AppManager.INSTANCE.getTag();

枚举如何确保唯一实例

因为获得实例只能通过AppManager.INSTANCE

下面的方式是不可以的

AppManager appManager = new AppManager(); //compile error

关于单例模式,可以阅读 单例这种设计模式
了解更多。

(Android中)该不该用枚举

既然上面提到了枚举会转换成类,这样理论上造成了下面的问题

  • 增加了dex包的大小,理论上dex包越大,加载速度越慢
  • 同时使用枚举,运行时的内存占用也会相对变大

关于上面两点的验证,秋百万已经做了详细的论证,大家可以参考这篇文章 《Android 中的 Enum 到底占多少内存?该如何用?》

关于枚举是否使用的结论,大家可以参考

  • 如果你开发的是Framework不建议使用enum
  • 如果是简单的enum,可以使用int很轻松代替,则不建议使用enum
  • 另外,如果是Android中,可以使用下面介绍的枚举注解来实现。
  • 除此之外,我们还需要对比可读性和易维护性来与性能进行衡量,从中进行做出折中

在Android中的替代

Android中新引入的替代枚举的注解有IntDef和StringDef,这里以IntDef做例子说明一下.

public class Colors {
    @IntDef({RED, GREEN, YELLOW})
    @Retention(RetentionPolicy.SOURCE)
    public @interface LightColors{}

    public static final int RED = 0;
    public static final int GREEN = 1;
    public static final int YELLOW = 2;
}

  • 声明必要的int常量
  • 声明一个注解为LightColors
  • 使用@IntDef修饰LightColors,参数设置为待枚举的集合
  • 使用@Retention(RetentionPolicy.SOURCE)指定注解仅存在与源码中,不加入到class文件中

比如我们用来标注方法的参数

private void setColor(@Colors.LightColors int color) {
        Log.d("MainActivity", "setColor color=" + color);
}

调用的该方法的时候

setColor(Colors.GREEN);

关于Android中的枚举,可以参考 探究Android中的注解

以上就是我对Java中enum的一些深入的剖析,欢迎大家不吝赐教。

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