【Java8】 Optional 详解-CFANZ编程社区

引言

写过 Java 程序的同学，一般都遇到过 NullPointerException —— 为了不抛出这个异常，我们便会写如下的代码：

User user = getUserById(id);

if (user != null) {

   String username = user.getUsername();

   System.out.println("Username is: " + username); // 使用 username

}

但是很多时候，我们可能会忘记写 if (user != null) —— 如果在开发阶段就发现那还好，但是如果在开发阶段没有测试到问题，等到上线却出了 NullPointerException ... 画面太美，我不敢继续想下去。

为了解决这种尴尬的处境，JDK 终于在 Java8 的时候加入了 Optional 类。Optional 的 javadoc 介绍：

A container object which may or may not contain a non-null value. If a value is present,
 isPresent() will return true and get() will return the value.

这是一个可以包含或者不包含非 null 值的容器。如果值存在则 isPresent()方法会返回 true，调用 get() 方法会返回该对象。

一、简介

Optional类是Java8为了解决null值判断问题，借鉴google guava类库的Optional类而引入的一个同名Optional类，使用Optional类可以避免显式的null值判断（null的防御性检查），避免null导致的NPE（NullPointerException）。

我们来看一段代码：

public static String getGender(Student student)
    {
        if(null == student)
        {
            return "Unkown";
        }
        return student.getGender();

    }

这是一个获取学生性别的方法，方法入参为一个Student对象，为了防止student对象为null，做了防御性检查：如果值为null，返回"Unkown"。

再看使用Optional优化后的方法：

public static String getGender(Student student)
    {
       return Optional.ofNullable(student).map(u -> u.getGender()).orElse("Unkown");

    }

可以看到，Optional类结合lambda表达式的使用能够让开发出的代码更简洁和优雅。

二、Optional对象的创建

我们看下Optional类的部分源码：

private static final Optional<?> EMPTY = new Optional<>();

    private final T value;

    private Optional() {
        this.value = null;
    }

    private Optional(T value) {
        this.value = Objects.requireNonNull(value);
    }

    public static<T> Optional<T> empty() {
        @SuppressWarnings("unchecked")
        Optional<T> t = (Optional<T>) EMPTY;
        return t;
    }

    public static <T> Optional<T> of(T value) {
        return new Optional<>(value);
    }

    public static <T> Optional<T> ofNullable(T value) {
        return value == null ? empty() : of(value);
    }

可以看出，Optional类的两个构造方法都是private型的，因此类外部不能显示的使用new Optional()的方式来创建Optional对象，但是Optional类提供了三个静态方法empty()、of(T value)、ofNullable(T value)来创建Optinal对象，示例如下：

// 1、创建一个包装对象值为空的Optional对象
Optional<String> optStr = Optional.empty();
// 2、创建包装对象值非空的Optional对象
Optional<String> optStr1 = Optional.of("optional");
// 3、创建包装对象值允许为空的Optional对象
Optional<String> optStr2 = Optional.ofNullable(null);

三、Optional 类典型接口的使用

下面以一些典型场景为例，列出Optional API常用接口的用法，并附上相应代码。

前面 javadoc 也有提到，Optional 的 isPresent() 方法用来判断是否包含值，get() 用来获取 Optional 包含的值 —— 值得注意的是，如果值不存在，即在一个Optional.empty 上调用 get() 方法的话，将会抛出 NoSuchElementException 异常。

我们假设 getUserById 已经是个客观存在的不能改变的方法，那么利用 isPresent 和 get 两个方法，我们现在能写出下面的代码：

Optional<User> user = Optional.ofNullable(getUserById(id));

if (user.isPresent()) {

  String username = user.get().getUsername();

  System.out.println("Username is: " + username); // 使用 username

}

好像看着代码是优美了点 —— 但是事实上这与之前判断 null 值的代码没有本质的区别，反而用 Optional 去封装 value，增加了代码量。所以我们来看看 Optional 还提供了哪些方法，让我们更好的（以正确的姿势）使用 Optional。

3.1 get()方法

简单看下get()方法的源码：

public T get() {
        if (value == null) {
            throw new NoSuchElementException("No value present");
        }
        return value;
    }

可以看到，get()方法主要用于返回包装对象的实际值，但是如果包装对象值为null，会抛出NoSuchElementException异常。

3.2 isPresent()方法

isPresent()方法的源码：

public boolean isPresent() {
        return value != null;
    }

可以看到，isPresent()方法用于判断包装对象的值是否非空。下面我们来看一段糟糕的代码：

public static String getGender(Student student)
    {
        Optional<Student> stuOpt =  Optional.ofNullable(student);
        if(stuOpt.isPresent())
        {
            return stuOpt.get().getGender();
        }

        return "Unkown";
    }

这段代码实现的是第一章(简介)中的逻辑，但是这种用法不但没有减少null的防御性检查，而且增加了Optional包装的过程，违背了Optional设计的初衷，因此开发中要避免这种糟糕的使用~

3.3 ifPresent()方法

ifPresent()方法的源码：

public void ifPresent(Consumer<? super T> consumer) {
        if (value != null)
            consumer.accept(value);
    }

ifPresent()方法接受一个Consumer对象（消费函数），如果包装对象的值非空，运行Consumer对象的accept()方法。示例如下：

public static void printName(Student student)
    {
        Optional.ofNullable(student).ifPresent(u ->  System.out.println("The student name is : " + u.getName()));
    }

上述示例用于打印学生姓名，由于ifPresent()方法内部做了null值检查，调用前无需担心NPE问题。

3.4 filter()方法

filter()方法的源码：

public Optional<T> filter(Predicate<? super T> predicate) {
        Objects.requireNonNull(predicate);
        if (!isPresent())
            return this;
        else
            return predicate.test(value) ? this : empty();
    }

filter()方法接受参数为Predicate对象，用于对Optional对象进行过滤，如果符合Predicate的条件，返回Optional对象本身，否则返回一个空的Optional对象。举例如下：

public static void filterAge(Student student)
    {
        Optional.ofNullable(student).filter( u -> u.getAge() > 18).ifPresent(u ->  System.out.println("The student age is more than 18."));
    }

上述示例中，实现了年龄大于18的学生的筛选。

3.5 map()方法

map()方法的源码：

public<U> Optional<U> map(Function<? super T, ? extends U> mapper) {
        Objects.requireNonNull(mapper);
        if (!isPresent())
            return empty();
        else {
            return Optional.ofNullable(mapper.apply(value));
        }
    }

map()方法的参数为Function（函数式接口）对象，map()方法将Optional中的包装对象用Function函数进行运算，并包装成新的Optional对象（包装对象的类型可能改变）。举例如下：

public static Optional<Integer> getAge(Student student)
    {
        return Optional.ofNullable(student).map(u -> u.getAge()); 
    }

上述代码中，先用ofNullable()方法构造一个Optional<Student>对象，然后用map()计算学生的年龄，返回Optional<Integer>对象（如果student为null, 返回map()方法返回一个空的Optinal对象）。

3.6 flatMap()方法

flatMap()方法的源码：

public<U> Optional<U> flatMap(Function<? super T, Optional<U>> mapper) {
        Objects.requireNonNull(mapper);
        if (!isPresent())
            return empty();
        else {
            return Objects.requireNonNull(mapper.apply(value));
        }
    }

跟map()方法不同的是，入参Function函数的返回值类型为Optional<U>类型，而不是U类型，这样flatMap()能将一个二维的Optional对象映射成一个一维的对象。以3.5中示例功能为例，进行faltMap()改写如下：

public static Optional<Integer> getAge(Student student)
    {
        return Optional.ofNullable(student).flatMap(u -> Optional.ofNullable(u.getAge())); 
    }

3.7 orElse()方法

orElse()方法的源码：

public T orElse(T other) {
        return value != null ? value : other;
    }

orElse()方法功能比较简单，即如果包装对象值非空，返回包装对象值，否则返回入参other的值（默认值）。如第一章（简介）中提到的代码：

public static String getGender(Student student)
    {
       return Optional.ofNullable(student).map(u -> u.getGender()).orElse("Unkown");

    }

3.7 orElseGet()方法

orElseGet()方法的源码：

public T orElseGet(Supplier<? extends T> other) {
        return value != null ? value : other.get();
    }

orElseGet()方法与orElse()方法类似，区别在于orElseGet()方法的入参为一个Supplier对象，用Supplier对象的get()方法的返回值作为默认值。如：

public static String getGender(Student student)
    {
        return Optional.ofNullable(student).map(u -> u.getGender()).orElseGet(() -> "Unkown");      
    }

3.8 orElseThrow()方法

orElseThrow()方法的源码：

public <X extends Throwable> T orElseThrow(Supplier<? extends X> exceptionSupplier) throws X {
        if (value != null) {
            return value;
        } else {
            throw exceptionSupplier.get();
        }
    }

orElseThrow()方法其实与orElseGet()方法非常相似了，入参都是Supplier对象，只不过orElseThrow()的Supplier对象必须返回一个Throwable异常，并在orElseThrow()中将异常抛出：

public static String getGender1(Student student)
    {
        return Optional.ofNullable(student).map(u -> u.getGender()).orElseThrow(() -> new RuntimeException("Unkown"));      
    }

orElseThrow()方法适用于包装对象值为空时需要抛出特定异常的场景。

四、注意事项

使用Optional开发时要注意正确使用Optional的“姿势”，特别注意不要使用3.2节提到的错误示范，谨慎使用isPresent()和get()方法，尽量多使用map()、filter()、orElse()等方法来发挥Optional的作用。