干货，一文彻底搞懂 Java 的 Optional

灰太狼 2021-05-12 11:49 536阅读 0赞

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。

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### 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()` 和 `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);
        }
    }

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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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[format_png_pic_center 1]: /images/20210511/f639501452cd48aab71b3d2701f1614b.png
[Link 1]: https://gitee.com/qing_gee/JavaPoint/tree/master
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