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來(lái)源：oschina.net/dzone.com/articles/understanding-accepting-and-leveraging-optional-in

從 Java 8 引入的一個(gè)很有趣的特性是 Optional ?類。Optional 類主要解決的問(wèn)題是臭名昭著的空指針異常（NullPointerException） —— 每個(gè) Java 程序員都非常了解的異常。本質(zhì)上，這是一個(gè)包含有可選值的包裝類，這意味著 Optional 類既可以含有對(duì)象也可以為空。

Optional 是 Java 實(shí)現(xiàn)函數(shù)式編程的強(qiáng)勁一步，并且?guī)椭诜妒街袑?shí)現(xiàn)。但是 Optional 的意義顯然不止于此。

我們從一個(gè)簡(jiǎn)單的用例開始。在 Java 8 之前，任何訪問(wèn)對(duì)象方法或?qū)傩缘恼{(diào)用都可能導(dǎo)致 NullPointerException：

String?isocode?=?user.getAddress().getCountry().getIsocode().toUpperCase();

在這個(gè)小示例中，如果我們需要確保不觸發(fā)異常，就得在訪問(wèn)每一個(gè)值之前對(duì)其進(jìn)行明確地檢查：

if?(user?!=?null)?{
????Address?address?=?user.getAddress();
????if?(address?!=?null)?{
????????Country?country?=?address.getCountry();
????????if?(country?!=?null)?{
????????????String?isocode?=?country.getIsocode();
????????????if?(isocode?!=?null)?{
????????????????isocode?=?isocode.toUpperCase();
????????????}
????????}
????}
}

你看到了，這很容易就變得冗長(zhǎng)，難以維護(hù)。

為了簡(jiǎn)化這個(gè)過(guò)程，我們來(lái)看看用 Optional ?類是怎么做的。從創(chuàng)建和驗(yàn)證實(shí)例，到使用其不同的方法，并與其它返回相同類型的方法相結(jié)合，下面是見(jiàn)證 Optional ?奇跡的時(shí)刻。

創(chuàng)建 Optional ?實(shí)例

重申一下，這個(gè)類型的對(duì)象可能包含值，也可能為空。你可以使用同名方法創(chuàng)建一個(gè)空的 Optional。

@Test(expected?=?NoSuchElementException.class)
public?void?whenCreateEmptyOptional_thenNull()?{
????Optional?emptyOpt?=?Optional.empty();
????emptyOpt.get();
}

毫不奇怪，嘗試訪問(wèn) emptyOpt 變量的值會(huì)導(dǎo)致 NoSuchElementException。

你可以使用 ?of() 和 ofNullable() 方法創(chuàng)建包含值的 Optional。兩個(gè)方法的不同之處在于如果你把 null 值作為參數(shù)傳遞進(jìn)去，of() 方法會(huì)拋出 NullPointerException：

@Test(expected?=?NullPointerException.class)
public?void?whenCreateOfEmptyOptional_thenNullPointerException()?{
????Optional?opt?=?Optional.of(user);
}

你看，我們并沒(méi)有完全擺脫 NullPointerException。因此，你應(yīng)該明確對(duì)象不為 null ?的時(shí)候使用 of()。

如果對(duì)象即可能是 null 也可能是非 null，你就應(yīng)該使用 ofNullable() 方法：

Optional?opt?=?Optional.ofNullable(user);

訪問(wèn) Optional 對(duì)象的值

從 Optional 實(shí)例中取回實(shí)際值對(duì)象的方法之一是使用 get() 方法：

@Test
public?void?whenCreateOfNullableOptional_thenOk()?{
????String?name?=?"John";
????Optional?opt?=?Optional.ofNullable(name);

????assertEquals("John",?opt.get());
}

不過(guò)，你看到了，這個(gè)方法會(huì)在值為 null 的時(shí)候拋出異常。要避免異常，你可以選擇首先驗(yàn)證是否有值：

@Test
public?void?whenCheckIfPresent_thenOk()?{
????User?user?=?new?User("[email protected]",?"1234");
????Optional?opt?=?Optional.ofNullable(user);
????assertTrue(opt.isPresent());

????assertEquals(user.getEmail(),?opt.get().getEmail());
}

檢查是否有值的另一個(gè)選擇是 ifPresent() 方法。該方法除了執(zhí)行檢查，還接受一個(gè)Consumer(消費(fèi)者) 參數(shù)，如果對(duì)象不是空的，就對(duì)執(zhí)行傳入的 Lambda 表達(dá)式：

opt.ifPresent(?u?->?assertEquals(user.getEmail(),?u.getEmail()));

這個(gè)例子中，只有 user 用戶不為 null 的時(shí)候才會(huì)執(zhí)行斷言。

接下來(lái)，我們來(lái)看看提供空值的方法。

返回默認(rèn)值

Optional 類提供了 API 用以返回對(duì)象值，或者在對(duì)象為空的時(shí)候返回默認(rèn)值。

這里你可以使用的第一個(gè)方法是 orElse()，它的工作方式非常直接，如果有值則返回該值，否則返回傳遞給它的參數(shù)值：

@Test
public?void?whenEmptyValue_thenReturnDefault()?{
????User?user?=?null;
????User?user2?=?new?User("[email protected]",?"1234");
????User?result?=?Optional.ofNullable(user).orElse(user2);

????assertEquals(user2.getEmail(),?result.getEmail());
}

這里 user 對(duì)象是空的，所以返回了作為默認(rèn)值的 user2。

如果對(duì)象的初始值不是 null，那么默認(rèn)值會(huì)被忽略：

@Test
public?void?whenValueNotNull_thenIgnoreDefault()?{
????User?user?=?new?User("[email protected]","1234");
????User?user2?=?new?User("[email protected]",?"1234");
????User?result?=?Optional.ofNullable(user).orElse(user2);

????assertEquals("[email protected]",?result.getEmail());
}

第二個(gè)同類型的 API 是 orElseGet() —— 其行為略有不同。這個(gè)方法會(huì)在有值的時(shí)候返回值，如果沒(méi)有值，它會(huì)執(zhí)行作為參數(shù)傳入的 Supplier(供應(yīng)者) 函數(shù)式接口，并將返回其執(zhí)行結(jié)果：

User?result?=?Optional.ofNullable(user).orElseGet(?()?->?user2);

orElse() 和 orElseGet() 的不同之處

乍一看，這兩種方法似乎起著同樣的作用。然而事實(shí)并非如此。我們創(chuàng)建一些示例來(lái)突出二者行為上的異同。

我們先來(lái)看看對(duì)象為空時(shí)他們的行為：

@Test
public?void?givenEmptyValue_whenCompare_thenOk()?{
????User?user?=?null
????logger.debug("Using?orElse");
????User?result?=?Optional.ofNullable(user).orElse(createNewUser());
????logger.debug("Using?orElseGet");
????User?result2?=?Optional.ofNullable(user).orElseGet(()?->?createNewUser());
}

private?User?createNewUser()?{
????logger.debug("Creating?New?User");
????return?new?User("[email protected]",?"1234");
}

上面的代碼中，兩種方法都調(diào)用了 createNewUser() 方法，這個(gè)方法會(huì)記錄一個(gè)消息并返回 User 對(duì)象。

代碼輸出如下：

Using?orElse
Creating?New?User
Using?orElseGet
Creating?New?User

由此可見(jiàn)，當(dāng)對(duì)象為空而返回默認(rèn)對(duì)象時(shí)，行為并無(wú)差異。

我們接下來(lái)看一個(gè)類似的示例，但這里 Optional ?不為空：

@Testpublic?void?givenPresentValue_whenCompare_thenOk()?{????User?user?=?new?User("[email protected]",?"1234");????logger.info("Using?orElse");????User?result?=?Optional.ofNullable(user).orElse(createNewUser());????logger.info("Using?orElseGet");????User?result2?=?Optional.ofNullable(user).orElseGet(()?->?createNewUser());}

這次的輸出：

Using?orElseCreating?New?UserUsing?orElseGet

這個(gè)示例中，兩個(gè) Optional ?對(duì)象都包含非空值，兩個(gè)方法都會(huì)返回對(duì)應(yīng)的非空值。不過(guò)，orElse() 方法仍然創(chuàng)建了 User 對(duì)象。與之相反，orElseGet() 方法不創(chuàng)建 User 對(duì)象。

在執(zhí)行較密集的調(diào)用時(shí)，比如調(diào)用 Web 服務(wù)或數(shù)據(jù)查詢，這個(gè)差異會(huì)對(duì)性能產(chǎn)生重大影響。

返回異常

除了 orElse() 和 orElseGet() 方法，Optional 還定義了 orElseThrow() API —— 它會(huì)在對(duì)象為空的時(shí)候拋出異常，而不是返回備選的值：

@Test
public?void?givenPresentValue_whenCompare_thenOk()?{
????User?user?=?new?User("[email protected]",?"1234");
????logger.info("Using?orElse");
????User?result?=?Optional.ofNullable(user).orElse(createNewUser());
????logger.info("Using?orElseGet");
????User?result2?=?Optional.ofNullable(user).orElseGet(()?->?createNewUser());
}

這里，如果 user 值為 null，會(huì)拋出 IllegalArgumentException。

這個(gè)方法讓我們有更豐富的語(yǔ)義，可以決定拋出什么樣的異常，而不總是拋出 NullPointerException。

現(xiàn)在我們已經(jīng)很好地理解了如何使用 Optional，我們來(lái)看看其它可以對(duì) Optional 值進(jìn)行轉(zhuǎn)換和過(guò)濾的方法。

轉(zhuǎn)換值

有很多種方法可以轉(zhuǎn)換 Optional ?的值。我們從 map() 和 flatMap() 方法開始。

先來(lái)看一個(gè)使用 map() API 的例子：

@Test
public?void?whenMap_thenOk()?{
????User?user?=?new?User("[email protected]",?"1234");
????String?email?=?Optional.ofNullable(user)
??????.map(u?->?u.getEmail()).orElse("[email protected]");

????assertEquals(email,?user.getEmail());
}

map() 對(duì)值應(yīng)用(調(diào)用)作為參數(shù)的函數(shù)，然后將返回的值包裝在 Optional 中。這就使對(duì)返回值進(jìn)行鏈試調(diào)用的操作成為可能 —— 這里的下一環(huán)就是 orElse()。

相比這下，flatMap() 也需要函數(shù)作為參數(shù)，并對(duì)值調(diào)用這個(gè)函數(shù)，然后直接返回結(jié)果。

下面的操作中，我們給 User 類添加了一個(gè)方法，用來(lái)返回 Optional：

public?class?User?{
????private?String?position;

????public?Optional?getPosition()?{
????????return?Optional.ofNullable(position);
????}

????//...
}

既然 getter 方法返回 String 值的 Optional，你可以在對(duì) User 的 Optional 對(duì)象調(diào)用 flatMap() 時(shí)，用它作為參數(shù)。其返回的值是解除包裝的 String 值：

@Test
public?void?whenFlatMap_thenOk()?{
????User?user?=?new?User("[email protected]",?"1234");
????user.setPosition("Developer");
????String?position?=?Optional.ofNullable(user)
??????.flatMap(u?->?u.getPosition()).orElse("default");

????assertEquals(position,?user.getPosition().get());
}

過(guò)濾值

除了轉(zhuǎn)換值之外，Optional ?類也提供了按條件“過(guò)濾”值的方法。

filter() 接受一個(gè) Predicate 參數(shù)，返回測(cè)試結(jié)果為 true 的值。如果測(cè)試結(jié)果為 false，會(huì)返回一個(gè)空的 Optional。

來(lái)看一個(gè)根據(jù)基本的電子郵箱驗(yàn)證來(lái)決定接受或拒絕 User(用戶) 的示例：

@Test
public?void?whenFilter_thenOk()?{
????User?user?=?new?User("[email protected]",?"1234");
????Optional?result?=?Optional.ofNullable(user)
??????.filter(u?->?u.getEmail()?!=?null?&&?u.getEmail().contains("@"));

????assertTrue(result.isPresent());
}

如果通過(guò)過(guò)濾器測(cè)試，result 對(duì)象會(huì)包含非空值。

Optional 類的鏈?zhǔn)椒椒?/h2>

為了更充分的使用 Optional，你可以鏈接組合其大部分方法，因?yàn)樗鼈兌挤祷叵嗤愃频膶?duì)象。

我們使用 Optional ?重寫最早介紹的示例。

首先，重構(gòu)類，使其 getter 方法返回 Optional 引用：

public?class?User?{
????private?Address?address;

????public?Optional?getAddress()?{
????????return?Optional.ofNullable(address);
????}

????//?...
}
public?class?Address?{
????private?Country?country;

????public?Optional?getCountry()?{
????????return?Optional.ofNullable(country);
????}

????//?...
}

上面的嵌套結(jié)構(gòu)可以用下面的圖來(lái)表示：

圖片

現(xiàn)在可以刪除 null 檢查，替換為 Optional 的方法：

@Test
public?void?whenChaining_thenOk()?{
????User?user?=?new?User("[email protected]",?"1234");

????String?result?=?Optional.ofNullable(user)
??????.flatMap(u?->?u.getAddress())
??????.flatMap(a?->?a.getCountry())
??????.map(c?->?c.getIsocode())
??????.orElse("default");

????assertEquals(result,?"default");
}

上面的代碼可以通過(guò)方法引用進(jìn)一步縮減：

String?result?=?Optional.ofNullable(user)
??.flatMap(User::getAddress)
??.flatMap(Address::getCountry)
??.map(Country::getIsocode)
??.orElse("default");

結(jié)果現(xiàn)在的代碼看起來(lái)比之前采用條件分支的冗長(zhǎng)代碼簡(jiǎn)潔多了。

Java 9 增強(qiáng)

我們介紹了 Java 8 的特性，Java 9 為 Optional 類添加了三個(gè)方法：or()、ifPresentOrElse() 和 stream()。

or() 方法與 orElse() 和 orElseGet() 類似，它們都在對(duì)象為空的時(shí)候提供了替代情況。or() 的返回值是由 Supplier 參數(shù)產(chǎn)生的另一個(gè) Optional 對(duì)象。

如果對(duì)象包含值，則 Lambda 表達(dá)式不會(huì)執(zhí)行：

@Test
public?void?whenEmptyOptional_thenGetValueFromOr()?{
????User?result?=?Optional.ofNullable(user)
????????.or(?()?->?Optional.of(new?User("default","1234"))).get();

????assertEquals(result.getEmail(),?"default");
}

上面的示例中，如果 user 變量是 null，它會(huì)返回一個(gè) Optional，它所包含的 User 對(duì)象，其電子郵件為 “default”。

ifPresentOrElse() 方法需要兩個(gè)參數(shù)：一個(gè) Consumer 和一個(gè) Runnable。如果對(duì)象包含值，會(huì)執(zhí)行 Consumer 的動(dòng)作，否則運(yùn)行 Runnable。

如果你想在有值的時(shí)候執(zhí)行某個(gè)動(dòng)作，或者只是跟蹤是否定義了某個(gè)值，那么這個(gè)方法非常有用：

Optional.ofNullable(user).ifPresentOrElse(?u?->?logger.info("User?is:"?+?u.getEmail()),
??()?->?logger.info("User?not?found"));

最后介紹的是新的 stream() 方法，它通過(guò)把實(shí)例轉(zhuǎn)換為 Stream 對(duì)象，讓你從廣大的 Stream API 中受益。如果沒(méi)有值，它會(huì)得到空的 Stream；有值的情況下，Stream 則會(huì)包含單一值。

我們來(lái)看一個(gè)把 Optional 處理成 Stream 的例子：

@Test
public?void?whenGetStream_thenOk()?{
????User?user?=?new?User("[email protected]",?"1234");
????List?emails?=?Optional.ofNullable(user)
??????.stream()
??????.filter(u?->?u.getEmail()?!=?null?&&?u.getEmail().contains("@"))
??????.map(?u?->?u.getEmail())
??????.collect(Collectors.toList());

????assertTrue(emails.size()?==?1);
????assertEquals(emails.get(0),?user.getEmail());
}

這里對(duì) Stream 的使用帶來(lái)了其 filter()、map() 和 collect() 接口，以獲取 List。

Optional ?應(yīng)該怎樣用？

在使用 Optional 的時(shí)候需要考慮一些事情，以決定什么時(shí)候怎樣使用它。

重要的一點(diǎn)是 Optional 不是 Serializable。因此，它不應(yīng)該用作類的字段。

如果你需要序列化的對(duì)象包含 Optional 值，Jackson 庫(kù)支持把 Optional 當(dāng)作普通對(duì)象。也就是說(shuō)，Jackson 會(huì)把空對(duì)象看作 null，而有值的對(duì)象則把其值看作對(duì)應(yīng)域的值。這個(gè)功能在 jackson-modules-java8 項(xiàng)目中。

它在另一種情況下也并不怎么有用，就是在將其類型用作方法或構(gòu)建方法的參數(shù)時(shí)。這樣做會(huì)讓代碼變得復(fù)雜，完全沒(méi)有必要：

User?user?=?new?User("[email protected]",?"1234",?Optional.empty());

使用重載方法來(lái)處理非要的參數(shù)要容易得多。

Optional 主要用作返回類型。在獲取到這個(gè)類型的實(shí)例后，如果它有值，你可以取得這個(gè)值，否則可以進(jìn)行一些替代行為。

Optional 類有一個(gè)非常有用的用例，就是將其與流或其它返回 Optional 的方法結(jié)合，以構(gòu)建流暢的API。

我們來(lái)看一個(gè)示例，使用 Stream 返回 Optional 對(duì)象的 findFirst() 方法：

@Test
public?void?whenEmptyStream_thenReturnDefaultOptional()?{
????List?users?=?new?ArrayList<>();
????User?user?=?users.stream().findFirst().orElse(new?User("default",?"1234"));

????assertEquals(user.getEmail(),?"default");
}

總結(jié)

Optional 是 Java 語(yǔ)言的有益補(bǔ)充 —— 它旨在減少代碼中的 NullPointerExceptions，雖然還不能完全消除這些異常。

它也是精心設(shè)計(jì)，自然融入 Java 8 函數(shù)式支持的功能。

總的來(lái)說(shuō)，這個(gè)簡(jiǎn)單而強(qiáng)大的類有助于創(chuàng)建簡(jiǎn)單、可讀性更強(qiáng)、比對(duì)應(yīng)程序錯(cuò)誤更少的程序。

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Java8 中的真的 Optional 很強(qiáng)大，你用對(duì)了嗎？