Java8的EnumMap源码分析
作者：留兰香丶
一、EnumMap 概述
EnumMap 是一个用于存储 key 为枚举类型的 map，底层使用数组实现（K，V 双数组）。下面是其继承结构：
public class EnumMap<K extends Enum<K>, V> extends AbstractMap<K, V> implements java.io.Serializable, Cloneable
从上面的继承结构上可以看出 EnumMap 的 key 必须是一个枚举类型，而 value 没有限制。
1.1 内部属性
// key 类型
private final Class<K> keyType;
// key 数组
private transient K[] keyUniverse;
// value 数组
private transient Object[] vals;
// 键值对个数
private transient int size = 0;
// value 为 null 时对应的值
private static final Object NULL = new Object() {
public int hashCode() {
return 0;
}
public String toString() {
return "java.util.EnumMap.NULL";
}
};与其他类型 map 不同的是 EnumMap 底层使用双数组来存储 key 与 value，key 数组会在构造函数中根据 keyType 进行初始化，下面我们会看到。当 EnmumMap 的 value 为 null 时会特殊处理为一个 Object 对象。
1.2 构造函数
EnumMap 共提供了 3 个构造函数，如下：
下面我们只来看其中一个指定类型的构造函数。
public EnumMap(Class<K> keyType) {
this.keyType = keyType;
// 初始化 key 数组，getKeyUniverse 方法会计算出枚举元素的总数并初始化 key 数组
keyUniverse = getKeyUniverse(keyType);
// 初始化 value 数组大小
vals = new Object[keyUniverse.length];
}
在使用上述构造函数初始化 EnumMap 的时候必须指定枚举类型，上面我们已经说过，EnumMap 会在构造函数中初始化 key 数组，这个初始化动作是在 getKeyUniverse(keyType) 中完成的。
private static <K extends Enum<K>> K[] getKeyUniverse(Class<K> keyType) {
return SharedSecrets.getJavaLangAccess()
.getEnumConstantsShared(keyType);
}
一开始看上面的代码可能有点懵，这怎么就初始化了 key 数组呢？在 Java 中我们可以通过 JavaLangAccess 和 SharedSecrets 来获取 JVM 中对象实例，具体是怎么实现的，有兴趣的可以查相关的资料了解下。
我们以 debug 形式来验证下 key 数组是否会在构造函数中被初始化与赋值：
首先来声明一个枚举类型：
enum Season {
SPRING("春天"), SUMMER("夏天"), FALL("秋天"), WINTER("冬天");
private final String name;
Season(String name) {
this.name = name;
}
}
测试类：
public static void main(String[] args) throws Exception {
EnumMap<Season, String> map = new EnumMap<>(Season.class);
}
我们把断点打在其构造函数上就会看到 keyUniverse 数组被初始化了，且数组的元素顺序与在枚举类型中定义的顺序一致。如下图：
1.3 使用方式
public static void main(String[] args) throws Exception {
EnumMap<Season, String> map = new EnumMap<>(Season.class);
map.put(Season.FALL, "硕果累累的秋天");
map.put(Season.WINTER, "寒风凛冽的冬天");
System.out.println(map.get(Season.FALL));
}
二、相关源码分析
2.1 put 方法
public V put(K key, V value) {
// key 类型检查
typeCheck(key);
// 获得该 key 对应的位置
int index = key.ordinal();
// 在 vals 数组中获取 key 角标对应的 value
Object oldValue = vals[index];
// 覆盖或设置 value
vals[index] = maskNull(value);
// 如果 key 对应的位置 value 为 null，则表示新插入了键值对，size++，反之表示值覆盖 size 不变
if (oldValue == null)
size++;
return unmaskNull(oldValue);
}
在添加键值对的时候会先检查 key 的类型，如果 key 的类型不一致会抛出异常。
private void typeCheck(K key) {
Class<?> keyClass = key.getClass();
if (keyClass != keyType && keyClass.getSuperclass() != keyType)
throw new ClassCastException(keyClass + " != " + keyType);
}
PS： keyType 在构造函数中已经被初始化了。
EnumMap 存储键值对时并不会根据 key 获取对应的哈希值，enum 本身已经提供了一个 ordinal() 方法，该方法会返回具体枚举元素在枚举类中的位置（从 0 开始），因此一个枚举元素从创建就已经有了一个唯一索引与其对应，这样就不存在哈希冲突的问题了。
如果添加的 value 为 null 会通过 maskNull 方法特殊处理，存储一个 Object 对象。
private Object maskNull(Object value) {
return (value == null ? NULL : value);
}
如果值覆盖的话，put 方法会返回旧的 value 值，并特殊处理 value 为 null 的情况：
private V unmaskNull(Object value) {
return (V)(value == NULL ? null : value);
}
EnmuMap 添加键值对并没有扩容操作，因为一个枚举类型到底有多少元素在代码运行阶段是确定的，在构造函数中已经对 key 数组进行了初始化与赋值，value 数组的大小也已经被确定。还有一个需要注意的问题，在上面的 put 方法中只对 value 进行了处理，并没有处理 key，原因就是 key 数组在构造函数中已经被赋值了。
2.2 remove 方法
public V remove(Object key) {
// key 类型错误的时候直接返回 null
if (!isValidKey(key))
return null;
// 根据 key 计算出其在枚举中位置
int index = ((Enum<?>)key).ordinal();
// 获取对应的 value
Object oldValue = vals[index];
// value 置 null，下次 GC 回收
vals[index] = null;
// 如果对应的 value 不为 null，如果添加键值对的时候 value 为 null，则存储的是 NULL（Object）
if (oldValue != null)
size--;
return unmaskNull(oldValue);
}
在移除键值对的时候会先调用 isValidKey 方法对 key 进行一次检查：
private boolean isValidKey(Object key) {
// key 为 null 直接返回 false
if (key == null)
return false;
// Cheaper than instanceof Enum followed by getDeclaringClass
Class<?> keyClass = key.getClass();
// key 类型检查
return keyClass == keyType || keyClass.getSuperclass() == keyType;
}
remove 方法相对来说比较简单，这里就不总结了。
2.3 a question
从上面的源码分析中我们知道，key 数组自从在构造函数中完成初始化之后就没有执行过增删改的操作，是不是意味着我们根据枚举类型创建一个 EnumMap 之后，就算不添加任何键值对，也能根据其迭代器获取所有的 key，因为 key 在构造函数中已经被赋值了。看下面的代码：
public static void main(String[] args) throws Exception {
EnumMap<Season, String> map = new EnumMap<>(Season.class);
// 获取迭代器对象
Iterator<Map.Entry<Season, String>> iterator = map.entrySet().iterator();
while (iterator.hasNext()) {
System.out.println(iterator.next().getKey());
}
}
结果是上面的代码并不会输出任何 key，原因就在于 EnumMap 的 hasNext() 方法中对 value 做了非空判断，如下：
public boolean hasNext() {
// 循环中会略过 value 数组中为 null 的情况
while (index < vals.length && vals[index] == null)
index++;
return index != vals.length;
}
尽管在构造函数中 key 数组已经被初始化，但是如果对应的 value 为 null，在迭代的时候也会被过滤掉。
EnumMap 相对来说比较简单，关于源码就介绍到这里。
到此这篇关于Java8的EnumMap源码分析的文章就介绍到这了,更多相关EnumMap源码分析内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！