Java枚举enum以及应用：枚举实现单例模式

Posted 2020-10-03 作巴

枚举作为一个常规的语言概念，一直到Java5才诞生不得不说有点奇怪，以至于到现在为止很多程序员仍然更喜欢用static final的形式去命名常量而不使用，一般情况下，Java程序员用这种方式去实现枚举：

class EnumByClass{
    public static final int RED=0;
    public static final int GREEN=1;
    public static final int BLUE=2;
}

这种方式实现的枚举也叫int枚举模式，尽管很常用，但是由int实现的枚举很难保证安全性，即当调用不在枚举范围内的数值时，需要额外的维护。另外 ，也不利于查看log和测试。

此时，我们需要开始使用Java的枚举类型，例如上面的int枚举模式类如果用enum实现，那么代码如下：

enum Color{
    RED,GREEN,BLUE;
}

上述是将枚举作为常量集合的简单用法，实际上，枚举更多的还是用于switch，也是在这时才能发现枚举相对于int枚举模式的好处，这里面举一个用enum实现switch的例子：

enum Color{
    RED,GREEN,BLUE;
}
public class Hello {
    public static void main(String[] args){
        Color color=Color.RED;
        int counter=10;
        while (counter-->0){
            switch (color){
                case RED:
                    System.out.println("Red");
                    color=Color.BLUE;
                    break;
                case BLUE:
                    System.out.println("Blue");
                    color=Color.GREEN;
                    break;
                case GREEN:
                    System.out.println("Green");
                    color=Color.RED;
                    break;
            }
        }
    }
}

如果我们用int枚举模式的话，诚然可以用一些类似++，——的语法糖，但是也要更多的考虑到安全性的问题。

如果仅此而已，那么枚举也没什么单独拿出来写博客的价值。

我个人对enum感兴趣主要是因为之前在介绍Singleton时有一个非常经验的枚举实现的单例，代码如下：

enum SingletonDemo{
    INSTANCE;
    public void otherMethods(){
        System.out.println("Something");
    }
}

简简单单的一点代码就实现了一个线程安全，lazy loading的单例，与其说是写法鬼斧神工，不如说是恰如其分地应用了enum的性质。

在用enum实现Singleton时我曾介绍过三个特性，自由序列化，线程安全，保证单例。这里我们就要探讨一下why的问题。

首先，我们都知道enum是由class实现的，换言之，enum可以实现很多class的内容，包括可以有member和member function，这也是我们可以用enum作为一个类来实现单例的基础。另外，由于enum是通过继承了Enum类实现的，enum结构不能够作为子类继承其他类，但是可以用来实现接口。此外，enum类也不能够被继承，在反编译中，我们会发现该类是final的。

其次，enum有且仅有private的构造器，防止外部的额外构造，这恰好和单例模式吻合，也为保证单例性做了一个铺垫。这里展开说下这个private构造器，如果我们不去手写构造器，则会有一个默认的空参构造器，我们也可以通过给枚举变量参量来实现类的初始化。这里举一个例子。

enum Color{
    RED(1),GREEN(2),BLUE(3);
    private int code;
    Color(int code){
        this.code=code;
    }
    public int getCode(){
        return code;
    }
}

需要注意的是，private修饰符对于构造器是可以省略的，但这不代表构造器的权限是默认权限。

目前我们对enum的结构和特性有了初步的了解，接下来探究一下原理层次的特性。

想要了解enum是如何工作的，就要对其进行反编译。

反编译后就会发现，使用枚举其实和使用静态类内部加载方法原理类似。枚举会被编译成如下形式：

public final class T extends Enum{

...

}

其中，Enum是Java提供给编译器的一个用于继承的类。枚举量的实现其实是public static final T 类型的未初始化变量。如果枚举量有伴随参数并且手动添加了构造器，那么将会解析成一个静态的代码块在类加载时对变量进行初始化。所以，如果用枚举去实现一个单例，这样的加载时间其实有点类似于饿汉模式，并没有起到lazy-loading的作用。

对于序列化和反序列化，因为每一个枚举类型和枚举变量在JVM中都是唯一的，即Java在序列化和反序列化枚举时做了特殊的规定，枚举的writeObject、readObject、readObjectNoData、writeReplace和readResolve等方法是被编译器禁用的，因此也不存在实现序列化接口后调用readObject会破坏单例的问题。

对于线程安全方面，类似于普通的饿汉模式，通过在第一次调用时的静态初始化创建的对象是线程安全的。

因此，选择枚举作为Singleton的实现方式，相对于其他方式尤其是类似的饿汉模式主要有以下优点：

1. 代码简单

2. 自由序列化

至于lazy-loading，考虑到一般情况不存在调用单例类又不需要实例化单例的情况，所以即便不能做到很好的lazy-loading，也并不是大问题。换言之，除了枚举这种方案，饿汉模式也在单例设计中广泛的被应用。例如，Hibernate默认的单例，获取sessionFactory用的HibernateUtil类建立方式如下：

public class HibernateUtil {
    private static final SessionFactory ourSessionFactory;

    static {
        try {
            Configuration configuration = new Configuration();
            configuration.configure();

            ourSessionFactory = configuration.buildSessionFactory();
        } catch (Throwable ex) {
            throw new ExceptionInInitializerError(ex);
        }
    }

    public static Session getSession() throws HibernateException {
        return ourSessionFactory.openSession();
    }
}

这是一个典型的饿汉模式，考虑到这个单例只有一个方法即getSession，显然这种模式本身就是最优的且简洁的。这里面由于SessionFactory的创建并不是用系统默认的方式，如果想要用enum去实现反而麻烦且无必要。不过至少说明这样做也许需要一个解决自由序列化的问题。