Java中使用 Long 表示枚举类

Java中使用 Long 表示枚举类

在日常的开发过程中，很多时候我们需要枚举类(enum)来表示对象的各种状态，并且每个状态往往会关联到指定的数字，如：

    private enum Color {
        RED(11), GREEN(21), YELLOW(31), BLACK(160);
		...
    };

或者用枚举类来表示一系列状态的转变关系：

    enum Week{
        SUNDAY(1), MONDAY(2), TUESDAY(3), WEDNESDAY(4), THRUSDAY(5), FRIDAY(6), SATRUDAY7);
		...
    };

那么，如何用最少的存储来实现这类需求，答案很简单，位存储。如 1bit 表示 0,1 两种状态，2bit 表示 00,01,10,11 四种状态，所以我们可以用一个 long 类型(64bit)/int 类型(32bit)存储多种状态，如下图：

位存储示例

但是每新建一个枚举类都需要自己操作 bit：

1. 导致程序不易理解
2. 容易出错，耗费精力

Hadoop hdfs 的实现中，也遇到类似的问题，它借助于 LongBitFormat.java 类封装了 bit 操作：

    public class LongBitFormat implements Serializable {
    private static final long serialVersionUID = 1L;

    private final String NAME;
    /** Bit offset */
    private final int OFFSET;
    /** Bit length */
    private final int LENGTH;
    /** Minimum value */
    private final long MIN;
    /** Maximum value */
    private final long MAX;
    /** Bit mask */
    private final long MASK;

    public LongBitFormat(String name, LongBitFormat previous, int length,
                         long min) {
        NAME = name;
        OFFSET = previous == null ? 0 : previous.OFFSET + previous.LENGTH;
        LENGTH = length;
        MIN = min;
        MAX = ((-1L) >>> (64 - LENGTH));//移动的位数，右移64-Leng位，相当于保留length位
        MASK = MAX << OFFSET;
    }

    /** Retrieve the value from the record. */
    public long retrieve(long record) {
        return (record & MASK) >>> OFFSET;
    }

    /** Combine the value to the record. */
    public long combine(long value, long record) {
        if (value < MIN) {
            throw new IllegalArgumentException(
                    "Illagal value: " + NAME + " = " + value + " < MIN = " + MIN);
        }
        if (value > MAX) {
            throw new IllegalArgumentException(
                    "Illagal value: " + NAME + " = " + value + " > MAX = " + MAX);
        }
        return (record & ~MASK) | (value << OFFSET);
    }

    public long getMin() {
        return MIN;
    }
}

当然，你也可以实现 IntBigFormat,ShortBitFormat 等

首先分析该类的构造方法：

        NAME = name;
        OFFSET = previous == null? 0: previous.OFFSET + previous.LENGTH;
        LENGTH = length;
        MIN = min;
        MAX = ((-1L) >>> (64 - LENGTH));//移动的位数，右移64-Leng位，相当于保留length位
        MASK = MAX << OFFSET;

字段：
NAME：状态名，可自定义

OFFSET：该状态在 long 字节中的偏移

LENGTH：用多少位存储该状态关联的数字

MIN：该状态关联的最小值

MAX：该状态关联的最大值

MASK：掩码，（OFFSET～OFFSET+LENGTH - 1） == 1

类方法：
retrieve(long record)：获得该状态关联的数字

combine(long value, long record)：将一个 value 加到 record 中，例如：将 value 值对应的枚举类存储在 32-40，则先将 32-40bits 清零，再将value 对应的二进制加入到 32-40

那么如何使用该类：

public class LongFormatTest {

    static enum HeaderFormat {
        PREFERRED_BLOCK_SIZE(null, 48, 1),
        REPLICATION(PREFERRED_BLOCK_SIZE.BITS, 12, 1),
        STORAGE_POLICY_ID(REPLICATION.BITS, 4, 0);

        private final LongBitFormat BITS;

        HeaderFormat(LongBitFormat previous, int length, long min) {
            BITS = new LongBitFormat(name(), previous, length, min);
        }

        static short getReplication(long header) {
            return (short) REPLICATION.BITS.retrieve(header);
        }

        static long getPreferredBlockSize(long header) {
            return PREFERRED_BLOCK_SIZE.BITS.retrieve(header);
        }

        static byte getStoragePolicyID(long header) {
            return (byte) STORAGE_POLICY_ID.BITS.retrieve(header);
        }

        static long toLong(long preferredBlockSize, long replication,
                           long storagePolicyID) {
            long h = 0;
            h = PREFERRED_BLOCK_SIZE.BITS.combine(preferredBlockSize, h);
            h = REPLICATION.BITS.combine(replication, h);
            h = STORAGE_POLICY_ID.BITS.combine(storagePolicyID, h);
            return h;
        }
    }

    public static void main(String[] args) {

        long blockSize = 512;
        long replication = 3L;
        long storagePolicyID = 2L;
        long combine = HeaderFormat.toLong(blockSize,replication,storagePolicyID);
        System.out.println("block size:         " + HeaderFormat.getPreferredBlockSize(combine));
        System.out.println("replication:        " + HeaderFormat.getReplication(combine));
        System.out.println("storagePolicyID:    " + HeaderFormat.getStoragePolicyID(combine));
    }
}

tolong 方法的返回值也就是我们状态存储的封装