夯实Java基础（二十四）——Java8新特征之Optional类

1、概述

对于Java程序员来说，到目前为止出现次数最多的应该是NullpointException，它是导致Java应用程序失败的最常见原因。之前处理空指针我们必须先通过条件先去判断，然后再确认是否有null值。但是在Java8中，我们可以使用Optional类来解决null值判断问题，其借鉴Google Guava项目的Optional类而引入的一个同名Optional类，Guava通过使用检查空值的方式来防止代码污染，它鼓励程序员写更干净的代码。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）。

首先我们来看一段代码示例：

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

这是一个获取学生姓名的方法，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"null"。

再看使用Optional对象的方法：

    public static String getName(Student student){
        Optional<Student> student1 = Optional.ofNullable(student);
        if(student1.isPresent()){
            return "null";
        }
        return student.getName();
    }

改写成上面这种形式其实和上面的没有什么太大区别，他不是Optional最好的使用方式。

下面是Optional最优的方式：

    public static String getName(Student student){
        return Optional.ofNullable(student).map(s->s.getName()).orElse("null");
    }

所以可以看到，Optional类在结合Lambda表达式能够让我们开发出的代码更简洁和优雅。

2、Optional对象的创建

创建Optional对象有三种方法，分别是：

①、empty()：创建一个包装对象值为空的Optional对象

Optional<Student> optional1= Optional.empty();

②、of()：创建包装对象值非空的Optional对象

Optional<String> optional2 = Optional.of("optional2");

③、ofNullable()：创建包装对象值允许为空的Optional对象

Optional<Student> optional3 = Optional.ofNullable(null);

然后我们看下这三个方法在Optional类的部分源码，如下所示：

public final class Optional<T> {

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

    private final T value;

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

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

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

    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);
    }
}

从上面可以看出，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。

3、Optional类常用方法

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。

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。

3、 ifPresent(Consumer<? super T> consumer)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，否则不做处理。示例如下：

    public static void printName(Student student)
    {
        Optional.ofNullable(student).ifPresent(s ->  System.out.println(s.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。

特别注意：谨慎使用isPresent()和get()方法，尽量多使用下面的filter()、map()、orElse()等方法来发挥Optional的作用。因为使用isPresent()方法会像第一节实现的代码一样：

    public static String getName(Student student){
        Optional<Student> student1 = Optional.ofNullable(student);
        if(student1.isPresent()){
            return "null";
        }
        return student.getName();
    }

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。

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(s ->s.getAge() > 18).ifPresent(s ->  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。

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(s –> s.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）。

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。

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

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）。

    public static String getName(Student student)
    {
       return Optional.ofNullable(student).map(s –> s.getName()).orElse("Unkown");
    }

8、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(s –> s.getGender()).orElseGet(() -> "Unkown");
    }

9、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(s –> s.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。

4、总结

总的来说，Optional类可以帮我们有效的处理null值，但是个人觉得不用函数式编程的话，感觉没什么体验，因为Optional实现的功能，有很多替代方案，if-else、三目等都可以；但Optional是用于函数式的一个整体中的一环，让函数式更流畅。所以如果你使用的是Java8，建议去了解一下。