你所不知的 java 枚舉

首先給出文章的結論:

  • 枚舉是類類型
  • 每個枚舉常量都是所屬枚舉類的對象
  • 枚舉類在加載完成后,無法再進行實例化操作
  • 枚舉是線程安全的

java 中的枚舉在實現(xiàn)上非常簡單,以下就是一個枚舉的例子:

public enum FruitEnum {
    APPLE
}

但是如果反編譯 FruitEnum.class,會發(fā)現(xiàn)編譯器在背后默默的做了大量的工作,以下是反編譯結果:

public final class FruitEnum extends Enum {
    public  static final FruitEnum APPLE;
    private static final FruitEnum $VALUES[];

    private FruitEnum(String s, int i) {
        super(s, i);
    }
  
    public static FruitEnum[] values() {
        return (FruitEnum[])$VALUES.clone();
    }

    public static FruitEnum valueOf(String name) {
        return (FruitEnum)Enum.valueOf(FruitEnum, name);
    }
  
    static {
        APPLE = new FruitEnum("APPLE", 0);
        $VALUES = (new FruitEnum[] {
            APPLE
        });
    }
}

下面根據(jù)反編譯結果說明枚舉的幾個特性。

  • 枚舉的實際類型
public final class FruitEnum extends Enum

說明枚舉是類,并且是用 final 修飾的類,意味著枚舉不能再被繼承擴展。而我們聲明枚舉類時使用的 enum 只是一個關鍵字。

其次,所有的枚舉都繼承了一個基類 Enum ,該基類為枚舉提供了一些通用方法。

  • 枚舉的構造函數(shù)

在 FruitEnum 中,我們并沒有定義構造函數(shù),但在反編譯的代碼中,我們發(fā)現(xiàn)編譯器自動幫我們添加了以下私有構造函數(shù):

private FruitEnum(String s, int i) {
    super(s, i);
}

該私有構造函數(shù)只是簡單調用了父類 Enum 的構造函數(shù):

protected Enum(String name, int ordinal) {
    this.name = name;       // 枚舉常量的名稱
    this.ordinal = ordinal; // 枚舉常量在枚舉類的位置,從0開始
}

實際上,編譯器只允許私有的枚舉類構造函數(shù),并且顯示定義的枚舉構造函數(shù)經編譯器后,都會被添加 name 和 ordinal 2個參數(shù),用以調用父類 Enum 的構造函數(shù)。

  • 枚舉常量

再看反編譯后的 FruitEnum 中的成員變量:

public  static final FruitEnum APPLE;
private static final FruitEnum $VALUES[];

其中 FruitEnum APPLE 對應我們定義的枚舉常量 APPLE,而 FruitEnum $VALUES[] 則是容納所有枚舉常量的數(shù)組。

這兩個變量初始化操作如下:

static {
    APPLE = new FruitEnum("APPLE", 0);
    $VALUES = (new FruitEnum[] { APPLE });
}

可知,每個枚舉常量都是定義它的類的對象,各枚舉對象都是用 public static final 修飾的,這也是枚舉對象被稱為枚舉常量的原因。

其次,FruitEnum APPLEFruitEnum $VALUES[] 都是在靜態(tài)代碼塊中進行初始化,因此在 JVM 記載完成枚舉類后,各枚舉常量都已被

創(chuàng)建完畢。由于枚舉類中只允許出現(xiàn)私有構造函數(shù),固無法再實例化新的枚舉對象。

  • 枚舉類實例化

無法通過構造函數(shù)這種一般手段實例化枚舉類,那么通過反射呢?

先嘗試以下形式:

Class<FruitEnum> fruitEnumClazz = FruitEnum.class;
FruitEnum fruitDemo1 = fruitEnumClazz.newInstance();

拋出了以下錯誤:

因為 Class.newInstance 內部是通過目標Class的 無參構造函數(shù) 創(chuàng)建實例的,而上文已經說了 FruitEnum 的實際構造函數(shù)是:

private FruitEnum(String s, int i) {
    super(s, i);
}

固會找不到對應的構造函數(shù),拋出異常。

換種反射方式,先獲取正確的構造函數(shù):

// 獲取 FruitEnum 的構造函數(shù)
Constructor<FruitEnum> fruitEnumConstructor = fruitEnumClazz.getDeclaredConstructor(String.class, int.class);
// 獲取訪問權限
fruitEnumConstructor.setAccessible(true);
// 實例化
FruitEnum fruitDemo2 = fruitEnumConstructor.newInstance();

成功獲取了 FruitEnum 的構造函數(shù),然而還是拋出了異常:

在 JVM 層面禁止了通過反射構造枚舉實例的行為。

然而除了反射外,還可以通過 Object.clone() 方法克隆一個已存在的對象。但是這種方式也是不行的,看 Enum 類中的 clone() 方法:

protected final Object clone() throws CloneNotSupportedException {
    throw new CloneNotSupportedException();
}

Enum 類重寫了 Obejct 的 clone()方法,只要嘗試通過 clone() 方法構造枚舉對象,都會拋出異常,并且該方法被設置為不能再重寫。

  • 單例

從編譯器、JVM,再到 java 內部設計,層層把關,封死了實例化枚舉類的這一企圖。因此有一種作法是通過枚舉的形式實現(xiàn)單例,下面給個示例:

public class EnumSingleton{
    private EnumSingleton() {
      
    }
  
    public static EnumSingleton getInstance(){
        return Singleton.INSTANCE.getInstance();
    }
    
    private static enum Singleton {
        INSTANCE;
        
        private EnumSingleton singleton;
        
        // JVM 保證了此方法絕對只調用一次
        private Singleton(){
            singleton = new EnumSingleton();
        }
        
        public EnumSingleton getInstance(){
            return singleton;
        }
    }
}
  • 線程安全

    枚舉常量都是 static 類型的,在枚舉類加載完成后,會進行枚舉常量的初始化,之后枚舉類無法再實例化和修改。java 的類加載、初始化過程是線程安全的,因此創(chuàng)建一個 enum 是線程安全的。

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