EnumSet和EnumMap专为枚举设计，利用位向量和数组索引实现高效存储与访问，相比HashSet和HashMap避免了哈希开销，提升性能与内存效率，适用于权限、状态、配置等场景。
Java里，当我们处理枚举类型（Enum）的集合或映射时，
EnumSet和
EnumMap简直是为它们量身定做的利器。它们不仅仅是
Set和
Map接口的特殊实现，更是在性能、内存效率和类型安全上，针对枚举特性做到了极致优化。在我看来，如果你还在用
HashSet或
HashMap，那真是错失了Java提供的一份“隐藏福利”。它们的存在，就是为了让你的代码在处理枚举时，既优雅又高效。
解决方案
EnumSet和
EnumMap的核心应用场景，说白了，就是替代那些泛型集合，当你的集合元素或映射键是枚举类型时。
EnumSet：枚举的集合，高效且安全
想象一下，你需要表示一个用户拥有哪些权限，而这些权限都是枚举类型，比如
Permission.READ,
Permission.WRITE,
Permission.READ_WRITE。你可能会本能地想到
HashSet。但
EnumSet在这里是更好的选择。
立即学习“Java免费学习笔记（深入）”；
它是一个抽象类，提供了几种静态工厂方法来创建具体实例，比如
EnumSet.noneOf(Permission.class)创建一个空集，
EnumSet.allOf(Permission.class)包含所有枚举常量，或者
EnumSet.of(Permission.READ, Permission.WRITE)。
EnumSet的强大之处在于其内部实现。它不是通过哈希表来存储元素的，而是利用了枚举类型固定且有限的特性，将每个枚举常量映射到一个位（bit）上。这意味着，一个
EnumSet实例实际上就是一个或几个
long类型的位向量。添加、删除、检查元素是否存在，这些操作都变成了位运算，效率极高，几乎是O(1)的常数时间。而且，内存占用也极小。
public enum Permission {
READ, WRITE, DELETE, EXECUTE, ADMIN
}
// 示例：用户权限管理
public class UserPermissions {
private EnumSet permissions;
public UserPermissions(EnumSet initialPermissions) {
this.permissions = initialPermissions;
}
public void addPermission(Permission p) {
permissions.add(p);
System.out.println("Added " + p + ". Current permissions: " + permissions);
}
public void removePermission(Permission p) {
permissions.remove(p);
System.out.println("Removed " + p + ". Current permissions: " + permissions);
}
public boolean hasPermission(Permission p) {
return permissions.contains(p);
}
public static void main(String[] args) {
EnumSet defaultPermissions = EnumSet.of(Permission.READ, Permission.WRITE);
UserPermissions user = new UserPermissions(defaultPermissions);
System.out.println("Initial permissions: " + user.permissions); // Output: [READ, WRITE]
user.addPermission(Permission.DELETE); // Output: Added DELETE. Current permissions: [READ, WRITE, DELETE]
System.out.println("Has EXECUTE permission? " + user.hasPermission(Permission.EXECUTE)); // Output: false
user.removePermission(Permission.WRITE); // Output: Removed WRITE. Current permissions: [READ, DELETE]
EnumSet allAdminPermissions = EnumSet.allOf(Permission.class);
System.out.println("All admin permissions: " + allAdminPermissions); // Output: [READ, WRITE, DELETE, EXECUTE, ADMIN]
}
} EnumMap：枚举键的映射，性能卓越
与
EnumSet异曲同工，
EnumMap则是为那些以枚举常量作为键的映射而生。当你需要根据枚举类型来存储一些配置、描述或者其他数据时，
EnumMap比
HashMap更加合适。
EnumMap的内部实现，同样巧妙地利用了枚举的
ordinal()方法。每个枚举常量都有一个从0开始的序号。
EnumMap内部维护一个数组，数组的索引就是枚举常量的
ordinal()值。这样一来，根据枚举常量查找对应的值，就变成了数组的直接索引访问，同样是O(1)的常数时间操作，无需哈希计算和处理冲突。
public enum TrafficLight {
RED("Stop"),
YELLOW("Prepare to stop"),
GREEN("Go");
private final String description;
TrafficLight(String description) {
this.description = description;
}
public String getDescription() {
return description;
}
}
// 示例：交通灯状态管理
public class TrafficLightSystem {
private EnumMap durationMap; // 存储每个灯亮的时长
public TrafficLightSystem() {
durationMap = new EnumMap<>(TrafficLight.class);
durationMap.put(TrafficLight.RED, 60);
durationMap.put(TrafficLight.YELLOW, 5);
durationMap.put(TrafficLight.GREEN, 45);
}
public int getDuration(TrafficLight light) {
return durationMap.get(light);
}
public void updateDuration(TrafficLight light, int newDuration) {
durationMap.put(light, newDuration);
System.out.println("Updated " + light + " duration to " + newDuration + " seconds.");
}
public static void main(String[] args) {
TrafficLightSystem system = new TrafficLightSystem();
System.out.println("Red light duration: " + system.getDuration(TrafficLight.RED) + " seconds."); // Output: 60 seconds.
system.updateDuration(TrafficLight.YELLOW, 7); // Output: Updated YELLOW duration to 7 seconds.
System.out.println("Yellow light new duration: " + system.getDuration(TrafficLight.YELLOW) + " seconds."); // Output: 7 seconds.
// 遍历EnumMap
for (EnumMap.Entry entry : system.durationMap.entrySet()) {
System.out.println(entry.getKey() + ": " + entry.getValue() + " seconds (" + entry.getKey().getDescription() + ")");
}
}
} 简单来说，当你的集合或映射的“关键”是枚举时，
EnumSet和
EnumMap应该成为你的首选。它们利用了枚举的本质特性，提供了无与伦比的性能和内存效率，同时保持了Java集合框架的良好接口兼容性。
EnumSet为何比HashSet更高效，以及其内部实现原理？
这个问题，其实是很多Java开发者在初次接触
EnumSet时都会思考的。我个人觉得，理解其背后的原理，能让你在实际开发中做出更明智的选择。
HashSet的工作方式，是基于哈希表（hash table）。当你向
HashSet中添加一个枚举常量时，它会计算该枚举常量的哈希码（
hashCode()方法），然后根据哈希码找到对应的“桶”（bucket），将元素存入。查找、删除也都是类似的过程。这里面涉及到哈希码的计算、潜在的哈希冲突解决（链表或红黑树），这些操作虽然在平均情况下是O(1)，但在最坏情况下，如果哈希函数设计不当或冲突严重，可能会退化到O(N)。而且，每个元素都需要封装成一个
Node对象，这会带来额外的内存开销。
而
EnumSet则完全不同。它是一个高度特化的
Set实现，专门为枚举类型设计。它的秘密武器在于其内部实现是一个位向量（bit vector）。什么意思呢？每个枚举常量在定义时，都会被Java编译器赋予一个从0开始的序数（ordinal）。
EnumSet就是利用这个序数来表示元素是否存在。
如果你的枚举类型常量数量不超过64个（这是因为一个
long类型有64位），
EnumSet内部就会使用一个
long类型的变量来存储所有元素的状态。每个位代表一个枚举常量：如果对应的位是1，表示该枚举常量在集合中；如果是0，则不在。
例如，
Permission.READ的
ordinal()可能是0，
Permission.WRITE可能是1。 那么，一个包含
READ和
WRITE的
EnumSet，其内部的
long值可能是
0b...0011（二进制）。
add(Permission.DELETE)
操作，就是将DELETE
对应序数位的1。remove(Permission.WRITE)
操作，就是将WRITE
对应序数位的0。contains(Permission.READ)
操作，就是检查READ
对应序数位是否为1。
这些位操作都是CPU指令级别的，效率极高，是真正的O(1)常数时间。
如果枚举常量的数量超过64个，
EnumSet会退化为
JumboEnumSet（这是内部实现细节，我们通常不需要关心），它会使用一个
long[]数组来存储位向量，每个
long仍然管理64个枚举常量。但即便如此，它的性能和内存效率也远超
HashSet，因为本质上还是位运算和数组索引。
所以，总结一下，
EnumSet之所以高效，是因为：
- 位向量存储：直接将枚举常量映射到位，利用位运算实现集合操作。
- 无需哈希计算：避免了哈希码计算和哈希冲突处理的开销。
-
内存紧凑：只需一个或几个
long
变量，内存占用极小。
这就像是，
HashSet是一个通用工具箱，里面有各种工具可以处理任何对象；而
EnumSet则是一个专为螺丝刀设计的工具箱，里面的工具都是螺丝刀，并且每个螺丝刀都有自己的专属位置，你一伸手就能拿到，还不用担心拿错。
EnumMap如何利用枚举特性实现高性能，与HashMap有何不同？
EnumMap的高性能秘诀，和
EnumSet有着异曲同工之妙。它同样是利用了枚举类型固定且可序数化的特性，从而避免了
HashMap中那些开销较大的操作。
HashMap呢，和
HashSet类似，也是基于哈希表实现的。当你用一个枚举常量作为键去
put或
get一个值时，
HashMap会计算这个枚举键的哈希码，然后根据哈希码定位到哈希表中的一个“桶”，接着可能需要遍历链表或红黑树来找到或存储对应的键值对。这个过程中，哈希码计算、哈希冲突处理、以及对象（
Entry）的创建和存储，都会带来一定的性能和内存开销。
而
EnumMap则完全抛弃了哈希表的机制。它的内部实现，其实就是一个简单的数组（
Object[]）。当你创建
EnumMap时，你需要指定它将要映射的枚举类型。
EnumMap会获取这个枚举类型的所有常量，并知道它们各自的
ordinal()值。
当你要
put(key, value)时，
EnumMap会直接获取
key.ordinal()的值，然后把
value存储到内部数组的
key.ordinal()索引位置。 当你要
get(key)时，它也是直接获取
key.ordinal()，然后从内部数组的
key.ordinal()索引位置取出值。
// 内部简化示意，实际代码会更复杂，有边界检查和类型转换
// private final Object[] vals;
// vals = new Object[keyType.getEnumConstants().length];
// public V put(K key, V value) {
// vals[key.ordinal()] = value;
// return null; // 简化
// }
// public V get(Object key) {
// return (V) vals[((Enum)key).ordinal()];
// }这种基于数组索引的访问，效率是极高的，是纯粹的O(1)操作，比哈希表的平均O(1)还要快，因为它根本不需要计算哈希码，也不存在哈希冲突。内存开销也更小，因为它不需要为每个键值对创建额外的
Entry对象，只需要一个数组来存储值。键本身就是枚举常量，不需要额外存储。
所以，
EnumMap的优势在于：
- 数组索引访问：直接利用枚举常量的序数作为数组索引，实现极速查找和存储。
- 无哈希开销：完全避免了哈希码计算和冲突解决的复杂性。
- 内存效率：内部是一个紧凑的数组，减少了额外对象的创建。
在我看来，
EnumMap就像是一个为你定制的抽屉柜，每个抽屉上都提前贴好了枚举常量的标签。你不需要思考哪个抽屉是哪个，直接根据标签（枚举常量）找到对应的抽屉（数组索引），然后存取物品（值），效率自然高得惊人。
在实际项目开发中，何时优先考虑EnumSet和EnumMap，有哪些常见误区？
在日常的Java项目开发中，
EnumSet和
EnumMap绝对是值得你优先考虑的工具，特别是在处理那些与枚举类型紧密相关的数据时。它们不仅仅是性能上的优化，更是一种代码清晰度和类型安全的提升。
何时优先考虑：
-
处理枚举集合时（EnumSet）：
-
权限管理： 比如一个用户可以拥有
READ
,WRITE
,DELETE
等权限，这些权限通常定义为枚举。用EnumSet
来存储用户的权限集合，既高效又清晰。 -
状态标记： 某个对象可能同时处于多种状态，例如
ACTIVE
,PAUSED
,LOCKED
。如果这些状态是枚举，EnumSet
是一个理想的选择。 -
配置选项： 应用程序的某个功能可能有一组开关或选项，这些选项用枚举表示，
EnumSet
可以方便地表示当前启用的选项。 -
替代位域（Bit Field）： 以前为了节省内存和提高效率，开发者可能会用整数的位来表示一组标志。但位域代码可读性差，容易出错。
EnumSet
提供了类型安全的替代方案，同时保持了位域的性能优势。
-
权限管理： 比如一个用户可以拥有
-
处理枚举键值映射时（EnumMap）：
-
枚举属性映射： 你可能需要为每个枚举常量存储一些额外的属性，比如
TrafficLight.RED
对应60
秒，TrafficLight.YELLOW
对应5
秒。EnumMap
是完美的选择。 -
策略模式： 如果你的策略是根据枚举类型来选择的，比如
Operation.ADD
对应AdditionStrategy
，Operation.SUBTRACT
对应SubtractionStrategy
，EnumMap
可以用来存储这些策略实例。 -
缓存： 当你需要缓存与每个枚举常量相关的数据时，
EnumMap
可以提供快速查找。 -
统计计数： 统计每个枚举常量的出现次数，
EnumMap
会非常方便。
-
枚举属性映射： 你可能需要为每个枚举常量存储一些额外的属性，比如
常见误区：
-
忘记线程安全性：
EnumSet
和EnumMap
都不是线程安全的。如果它们在多线程环境中被共享和修改，你需要外部同步（例如使用Collections.synchronizedSet
或Collections.synchronizedMap
包装），或者使用ConcurrentHashMap
（但它不支持EnumMap
的内部优化）。 -
用于非枚举类型： 这是个低级错误，但值得一提。
EnumSet
和EnumMap
只能用于枚举类型。如果你尝试用非枚举类型创建它们，编译器会直接报错。它们的设计就是为了枚举，离开了枚举，就没有意义了。 -
滥用
EnumSet.allOf()
：EnumSet.allOf(MyEnum.class)
会创建一个包含所有枚举常量的集合。这在某些情况下很有用，但如果你只是想创建一个空集然后逐步添加，EnumSet.noneOf(MyEnum.class)
才是更合适的起点。 -
将
EnumMap
的键类型声明为Enum
而不是具体的枚举类型：// 错误或不推荐：这样写，虽然能编译，但失去了EnumMap的类型安全和部分优化 // EnumMap
EnumMap
的构造函数需要一个Class
参数来指定键的实际枚举类型。如果你的泛型参数是Enum
，那么EnumMap
内部就无法确定具体的枚举类型，从而无法进行数组大小的初始化和类型检查。虽然Java泛型擦除后运行时会处理，但最好还是声明为具体的枚举类型。 -
在枚举常量非常少的情况下过度优化： 当枚举常量只有一两个时，使用
HashSet
或HashMap
可能差异不大，甚至代码更简洁。但养成使用EnumSet
/EnumMap
的习惯总没错，因为它们不会带来负面影响，反而可能在未来枚举常量增多时自动获得性能收益。
在我看来，
EnumSet和
EnumMap是Java集合框架中非常精妙的设计。它们提醒我们，当数据结构与数据类型本身的特性完美结合时，就能爆发出惊人的效率。在你的代码中，如果遇到处理枚举的场景，不妨停下来思考一下，是不是有
EnumSet或
EnumMap的用武之地。很多时候，它们能让你的代码更健壮、更高效，也更“Java”。
