EnumSet原理介绍

最新推荐文章于 2025-03-16 16:55:57 发布

峰马

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分类专栏： java学习随记算法与数据结构文章标签： EnumSet

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本文深入探讨了EnumSet数据结构的设计理念与应用场景，特别是在用户身份管理中的高效位运算操作，对比了RegularEnumSet与JumboEnumSet的实现差异，解析了EnumSet如何通过位操作节省空间并提升性能。

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为了便于理解EnumSet，需要先知道这种数据结构是为了解决什么问题而设计的。

一、场景

举例一个场景，你系统里的用户会有各种身份，你设计了一个UserDTO对象，这时候要考虑怎么来表示身份，有一种比较常用的方法，比如定义一个Long属性，long类型有64位，每一位对应一种身份，1标识拥有该身份，0标识没有该身份。这样做就比较节省空间，那么在对这个UserDTO增加身份、删除身份、判断身份时，都需要自己做位运算，比较繁琐并且容易出错，而EnumSet就是为了解决这种场景来设计的，比如在UserDTO里设计一个EnumSet类型的属性来标识身份，再定义一个枚举类来标识身份，代码如下：

public class UserDTO {
   private Long userId;
   private String name;
   /**
    * 身份
    */
   private EnumSet<IdentityEnu> identities;
   
   // 身份枚举
   enum IdentityEnu{
       TEACHER,DRIVER,WIFE,MAN,RICHER,VIP;
   }
}

这时你对UserDTO的身份的新增可以用EnumSet的add，删除可以用remove，判断可以用contain，不用自己操作位运算！这是实际解决的场景，在脑海中有了大概的认识后再看下源码。

二、源码解析

主要也是从构造方法、add、remove、contain这几个主要方法分析下源码。

构造方法:

EnumSet使用静态工厂来代替了公共的构造方法
在这里插入图片描述
这里根据参数个数不同定义了多个，拿其中一个来看下就可以了。代码如下：

public static <E extends Enum<E>> EnumSet<E> of(E e1, E e2, E e3) {
        EnumSet<E> result = noneOf(e1.getDeclaringClass());
        result.add(e1);
        result.add(e2);
        result.add(e3);
        return result;
    }  
    
    public static <E extends Enum<E>> EnumSet<E> noneOf(Class<E> elementType) {
    // 获取枚举类里定义的枚举个数
        Enum<?>[] universe = getUniverse(elementType);
        if (universe == null)
            throw new ClassCastException(elementType + " not an enum");

        if (universe.length <= 64)
            return new RegularEnumSet<>(elementType, universe);
        else
            return new JumboEnumSet<>(elementType, universe);
    }

这里getUniverse方法的含义是判断下你传入的枚举里面定义了多少个枚举值，比如我的代码里的IdentityEnu 里定义了6个，那么这时候返回的就是RegularEnumSet这个子类，这里有两个疑问点：
1、为什么和64比较
2、为什么返回的是两个子类，有什么区别？
带着这两个疑问进到这两个子类源码里看下
在这里插入图片描述

截图里狂欢粗了两个最主要的区别，RegularEnumSet使用的是一个long属性来存储，而JumboEnumSet是用一个long的数组来存储，这也是为什么和64做比较的原因，因为long只有64位，最多标识64个枚举值，多的只能用数组来存储，这里解释了上面的两个问题，下面再看下是怎么来存储的？
这个可以从add、remove方法的源码里找答案，以RegularEnumSet为例：

add方法

 /**
     * Adds the specified element to this set if it is not already present.
     *
     * @param e element to be added to this set
     * @return <tt>true</tt> if the set changed as a result of the call
     *
     * @throws NullPointerException if <tt>e</tt> is null
     */
    public boolean add(E e) {
        typeCheck(e);

        long oldElements = elements;
        // 通过传入的Enum值得下标来做位运算
        elements |= (1L << ((Enum<?>)e).ordinal());
        return elements != oldElements;
    }

这里可以看到add操作实际是用位运算，将这个long值对应你传入的枚举值的下标的那个bit位改成1，比如我传入的是IdentityEnu.DRIVER, 对应的ordinal是1，则是将elements的bit位中的第2位改成1，对于位运算符看不懂的同学可以自己查下就能理解了，看到这里应该能明白EnumSet的原理及使用场景了，而对于remove和contain就不用详细解释了。好处就是只用long就可以标识64中状态，节省空间，并且通过位操作来做处理，性能也很快。

题外思考：

为什么EnumSet提供的静态工厂类返回的实际是两个子类RegularEnumSet和JumboEnumSet，并且这两个类是protected的？
这两个子类只是对于EnumSet的接口的实现方式不同，不同的地方就是根据调用方的Enum的值得个数来决定的，对于调用方来说是不需要关心这些细节的，所以这两个子类只需要是protected就可以，并且通过静态工厂类返回给调用方，以后如果有更牛逼的算法出现时，只需要再扩展出一个子类就可以了，而调用方是无感知的，比较符合开闭原则。