建议收藏,史上最佳 Java Optional 指南,没有之一

2020/03/10

想学习,永远都不晚,尤其是针对 Java 8 里面的好东西,Optional 就是其中之一,该类提供了一种用于表示可选值而非空引用的类级别解决方案。作为一名 Java 程序员,我真的是烦透了 NullPointerException(NPE),尽管和它熟得就像一位老朋友,知道它也是迫不得已——程序正在使用一个对象却发现这个对象的值为 null,于是 Java 虚拟机就怒发冲冠地把它抛了出来当做替罪羊。

当然了,我们程序员是富有责任心的,不会坐视不管,于是就有了大量的 null 值检查。尽管有时候这种检查完全没有必要,但我们已经习惯了例行公事。终于,Java 8 看不下去了,就引入了 Optional,以便我们编写的代码不再那么刻薄呆板。

01、没有 Optional 会有什么问题

我们来模拟一个实际的应用场景。小王第一天上班,领导老马就给他安排了一个任务,要他从数据库中根据会员 ID 拉取一个会员的姓名,然后将姓名打印到控制台。虽然是新来的,但这个任务难不倒小王,于是他花了 10 分钟写下了这段代码:

public class WithoutOptionalDemo {
    class Member {
        private String name;

        public String getName() {
            return name;
        }

        public void setName(String name) {
            this.name = name;
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Member mem = getMemberByIdFromDB();
        if (mem != null) {
            System.out.println(mem.getName());
        }
    }

    public static Member getMemberByIdFromDB() {
        // 当前 ID 的会员不存在
        return null;
    }
}

由于当前 ID 的会员不存在,所以 getMemberByIdFromDB() 方法返回了 null 来作为没有获取到该会员的结果,那就意味着在打印会员姓名的时候要先对 mem 判空,否则就会抛出 NPE 异常,不信?让小王把 if (mem != null) 去掉试试,控制台立马打印错误堆栈给你颜色看看。

Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException
	at com.cmower.dzone.optional.WithoutOptionalDemo.main(WithoutOptionalDemo.java:24)

02、Optional 是如何解决这个问题的

小王把代码提交后,就兴高采烈地去找老马要新的任务了。本着虚心学习的态度,小王请求老马看一下自己的代码,于是老王就告诉他应该尝试一下 Optional,可以避免没有必要的 null 值检查。现在,让我们来看看小王是如何通过 Optional 来解决上述问题的。

public class OptionalDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Optional<Member> optional = getMemberByIdFromDB();
        optional.ifPresent(mem -> {
            System.out.println("会员姓名是:" + mem.getName());
        });
    }

    public static Optional<Member> getMemberByIdFromDB() {
        boolean hasName = true;
        if (hasName) {
            return Optional.of(new Member("沉默王二"));
        }
        return Optional.empty();
    }
}
class Member {
    private String name;

    public String getName() {
        return name;
    }

    // getter / setter
}

getMemberByIdFromDB() 方法返回了 Optional<Member> 作为结果,这样就表明 Member 可能存在,也可能不存在,这时候就可以在 Optional 的 ifPresent() 方法中使用 Lambda 表达式来直接打印结果。

Optional 之所以可以解决 NPE 的问题,是因为它明确的告诉我们,不需要对它进行判空。它就好像十字路口的路标,明确地告诉你该往哪走。

03、创建 Optional 对象

1)可以使用静态方法 empty() 创建一个空的 Optional 对象

Optional<String> empty = Optional.empty();
System.out.println(empty); // 输出:Optional.empty

2)可以使用静态方法 of() 创建一个非空的 Optional 对象

Optional<String> opt = Optional.of("沉默王二");
System.out.println(opt); // 输出:Optional[沉默王二]

当然了,传递给 of() 方法的参数必须是非空的,也就是说不能为 null,否则仍然会抛出 NullPointerException。

String name = null;
Optional<String> optnull = Optional.of(name);

3)可以使用静态方法 ofNullable() 创建一个即可空又可非空的 Optional 对象

String name = null;
Optional<String> optOrNull = Optional.ofNullable(name);
System.out.println(optOrNull); // 输出:Optional.empty

ofNullable() 方法内部有一个三元表达式,如果为参数为 null,则返回私有常量 EMPTY;否则使用 new 关键字创建了一个新的 Optional 对象——不会再抛出 NPE 异常了。

04、判断值是否存在

可以通过方法 isPresent() 判断一个 Optional 对象是否存在,如果存在,该方法返回 true,否则返回 false——取代了 obj != null 的判断。

Optional<String> opt = Optional.of("沉默王二");
System.out.println(opt.isPresent()); // 输出:true

Optional<String> optOrNull = Optional.ofNullable(null);
System.out.println(opt.isPresent()); // 输出:false

Java 11 后还可以通过方法 isEmpty() 判断与 isPresent() 相反的结果。

Optional<String> opt = Optional.of("沉默王二");
System.out.println(opt.isPresent()); // 输出:false

Optional<String> optOrNull = Optional.ofNullable(null);
System.out.println(opt.isPresent()); // 输出:true

05、非空表达式

Optional 类有一个非常现代化的方法——ifPresent(),允许我们使用函数式编程的方式执行一些代码,因此,我把它称为非空表达式。如果没有该方法的话,我们通常需要先通过 isPresent() 方法对 Optional 对象进行判空后再执行相应的代码:

Optional<String> optOrNull = Optional.ofNullable(null);
if (optOrNull.isPresent()) {
    System.out.println(optOrNull.get().length());
}

有了 ifPresent() 之后,情况就完全不同了,可以直接将 Lambda 表达式传递给该方法,代码更加简洁,更加直观。

Optional<String> opt = Optional.of("沉默王二");
opt.ifPresent(str -> System.out.println(str.length()));

Java 9 后还可以通过方法 ifPresentOrElse(action, emptyAction) 执行两种结果,非空时执行 action,空时执行 emptyAction。

Optional<String> opt = Optional.of("沉默王二");
opt.ifPresentOrElse(str -> System.out.println(str.length()), () -> System.out.println("为空"));

06、设置(获取)默认值

有时候,我们在创建(获取) Optional 对象的时候,需要一个默认值,orElse()orElseGet() 方法就派上用场了。

orElse() 方法用于返回包裹在 Optional 对象中的值,如果该值不为 null,则返回;否则返回默认值。该方法的参数类型和值得类型一致。

String nullName = null;
String name = Optional.ofNullable(nullName).orElse("沉默王二");
System.out.println(name); // 输出:沉默王二

orElseGet() 方法与 orElse() 方法类似,但参数类型不同。如果 Optional 对象中的值为 null,则执行参数中的函数。

String nullName = null;
String name = Optional.ofNullable(nullName).orElseGet(()->"沉默王二");
System.out.println(name); // 输出:沉默王二

从输出结果以及代码的形式上来看,这两个方法极其相似,这不免引起我们的怀疑,Java 类库的设计者有必要这样做吗?

假设现在有这样一个获取默认值的方法,很传统的方式。

public static String getDefaultValue() {
    System.out.println("getDefaultValue");
    return "沉默王二";
}

然后,通过 orElse() 方法和 orElseGet() 方法分别调用 getDefaultValue() 方法返回默认值。

public static void main(String[] args) {
    String name = null;
    System.out.println("orElse");
    String name2 = Optional.ofNullable(name).orElse(getDefaultValue());

    System.out.println("orElseGet");
    String name3 = Optional.ofNullable(name).orElseGet(OrElseOptionalDemo::getDefaultValue);
}

注:类名 :: 方法名是 Java 8 引入的语法,方法名后面是没有 () 的,表明该方法并不一定会被调用。

输出结果如下所示:

orElse
getDefaultValue

orElseGet
getDefaultValue

输出结果是相似的,没什么太大的不同,这是在 Optional 对象的值为 null 的情况下。假如 Optional 对象的值不为 null 呢?

public static void main(String[] args) {
    String name = "沉默王三";
    System.out.println("orElse");
    String name2 = Optional.ofNullable(name).orElse(getDefaultValue());

    System.out.println("orElseGet");
    String name3 = Optional.ofNullable(name).orElseGet(OrElseOptionalDemo::getDefaultValue);
}

输出结果如下所示:

orElse
getDefaultValue
orElseGet

咦,orElseGet() 没有去调用 getDefaultValue()。哪个方法的性能更佳,你明白了吧?

07、获取值

直观从语义上来看,get() 方法才是最正宗的获取 Optional 对象值的方法,但很遗憾,该方法是有缺陷的,因为假如 Optional 对象的值为 null,该方法会抛出 NoSuchElementException 异常。这完全与我们使用 Optional 类的初衷相悖。

public class GetOptionalDemo {
    public static void main(String[] args) {
        String name = null;
        Optional<String> optOrNull = Optional.ofNullable(name);
        System.out.println(optOrNull.get());
    }
}

这段程序在运行时会抛出异常:

Exception in thread "main" java.util.NoSuchElementException: No value present
	at java.base/java.util.Optional.get(Optional.java:141)
	at com.cmower.dzone.optional.GetOptionalDemo.main(GetOptionalDemo.java:9)

尽管抛出的异常是 NoSuchElementException 而不是 NPE,但在我们看来,显然是在“五十步笑百步”。建议 orElseGet() 方法获取 Optional 对象的值。

08、过滤值

小王通过 Optional 类对之前的代码进行了升级,完成后又兴高采烈地跑去找老马要任务了。老马觉得这小伙子不错,头脑灵活,又干活积极,很值得培养,就又交给了小王一个新的任务:用户注册时对密码的长度进行检查。

小王拿到任务后,乐开了花,因为他刚要学习 Optional 类的 filter() 方法,这就派上了用场。

public class FilterOptionalDemo {
    public static void main(String[] args) {
        String password = "12345";
        Optional<String> opt = Optional.ofNullable(password);
        System.out.println(opt.filter(pwd -> pwd.length() > 6).isPresent());
    }
}

filter() 方法的参数类型为 Predicate(Java 8 新增的一个函数式接口),也就是说可以将一个 Lambda 表达式传递给该方法作为条件,如果表达式的结果为 false,则返回一个 EMPTY 的 Optional 对象,否则返回过滤后的 Optional 对象。

在上例中,由于 password 的长度为 5 ,所以程序输出的结果为 false。假设密码的长度要求在 6 到 10 位之间,那么还可以再追加一个条件。来看小王增加难度后的代码。

Predicate<String> len6 = pwd -> pwd.length() > 6;
Predicate<String> len10 = pwd -> pwd.length() < 10;

password = "1234567";
opt = Optional.ofNullable(password);
boolean result = opt.filter(len6.and(len10)).isPresent();
System.out.println(result);

这次程序输出的结果为 true,因为密码变成了 7 位,在 6 到 10 位之间。想象一下,假如小王使用 if-else 来完成这个任务,代码该有多冗长。

09、转换值

小王检查完了密码的长度,仍然觉得不够尽兴,觉得要对密码的强度也进行检查,比如说密码不能是“password”,这样的密码太弱了。于是他又开始研究起了 map() 方法,该方法可以按照一定的规则将原有 Optional 对象转换为一个新的 Optional 对象,原有的 Optional 对象不会更改。

先来看小王写的一个简单的例子:

public class OptionalMapDemo {
    public static void main(String[] args) {
        String name = "沉默王二";
        Optional<String> nameOptional = Optional.of(name);
        Optional<Integer> intOpt = nameOptional
                .map(String::length);
        
        System.out.println( intOpt.orElse(0));
    }
}

在上面这个例子中,map() 方法的参数 String::length,意味着要 将原有的字符串类型的 Optional 按照字符串长度重新生成一个新的 Optional 对象,类型为 Integer。

搞清楚了 map() 方法的基本用法后,小王决定把 map() 方法与 filter() 方法结合起来用,前者用于将密码转化为小写,后者用于判断长度以及是否是“password”。

public class OptionalMapFilterDemo {
    public static void main(String[] args) {
        String password = "password";
        Optional<String>  opt = Optional.ofNullable(password);

        Predicate<String> len6 = pwd -> pwd.length() > 6;
        Predicate<String> len10 = pwd -> pwd.length() < 10;
        Predicate<String> eq = pwd -> pwd.equals("password");

        boolean result = opt.map(String::toLowerCase).filter(len6.and(len10 ).and(eq)).isPresent();
        System.out.println(result);
    }
}

好了,我亲爱的读者朋友,以上就是本文的全部内容了——可以说是史上最佳 Optional 指南了,能看到这里的都是最优秀的程序员,二哥必须要伸出大拇指为你点个赞。

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