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一位智者说过，没有处理过空指针异常就不算一个真正的 Java 程序员。这当然是开玩笑，但是空指针异常确实是很多程序出错的源头。于是，在 Java 8 引入了 java.util.Optional，Optional 用来代表一种 可能有可能没有 的数据，可以用来缓解空指针异常的问题。
简单地说，Optional 用来避免这种代码：
String version = “UNKNOWN”;
if(computer != null){
Soundcard soundcard = computer.getSoundcard();
if(soundcard != null){
USB usb = soundcard.getUSB();
if(usb != null){
version = usb.getVersion();
}
}
}
如果用 Optional 表示呢？大概是这样：
String version = computer.flatMap(Computer::getSoundcard)
.flatMap(Soundcard::getUSB)
.map(USB::getVersion)
.orElse(“UNKNOWN”);
实际上，Optional 即函数式编程中的 Maybe。
以下示例在 OptionalTest.java 中。
创建
创建 Optional 有三种方式，分别是 empty、of 和 ofNullable。
empty
empty 用来创建一个空的 Optional
@Test
public void create_optional_with_empty() {
Optional<String> empty = Optional.empty();
assertFalse(empty.isPresent());
}
of
of 用来创建一个非空的 Optional：
@Test
public void create_optional_with_of() {
Optional<String> java = Optional.of(“Java”);
assertTrue(java.isPresent());
}
但是参数不能为 null，否则会抛空指针异常：
@Test(expected = NullPointerException.class)
public void create_optional_with_of_with_null() {
Optional.of(null);
}
ofNullable
ofNullable 用来创建一个可能为空的 Optional：
@Test
public void create_optional_with_ofNullable() {
Optional<String> java = Optional.ofNullable(“Java”);
assertTrue(java.isPresent());
Optional<Object> o = Optional.ofNullable(null);
assertFalse(o.isPresent());
}
检测值是否存在
可以使用 isPresent 和 isEmpty 判断 Optional 的值是否为空。
isPresent
如果 Optional 中值非 null，则返回 true，否则返回 false。
@Test
public void check_optional_with_isPresent() {
Optional<String> java = Optional.ofNullable(“java”);
Optional<Object> aNull = Optional.ofNullable(null);
assertTrue(java.isPresent());
assertFalse(aNull.isPresent());
}
isEmpty
Java 11 开始可以使用 isEmpty。
isEmpty 与 isPresent 相反，如果为 null 返回 true。
@Test
public void check_optional_with_isEmpty() {
Optional<String> java = Optional.ofNullable(“java”);
Optional<Object> aNull = Optional.ofNullable(null);
assertFalse(java.isEmpty());
assertTrue(aNull.isEmpty());
}
条件动作
关于条件的动作有 ifPresent、orElse、orElseGet、orElseThrow、or、ifPresentOrElse，它们执行与否取决于 Optional 的值是否为 null。
为了避免空指针异常，我们会经常写下面的代码：
if (name != null){
System.out.println(name.length);
}
Optional 使用一种函数式的方式来替代上面的写法。
ifPresent
ifPresent 接受一个 Consumer，在 Optional 值非 null 时调用，并接受 Optional 的值。
@Test
public void condition_action_ifPresent() {
Optional<String> java = Optional.ofNullable(“java”);
java.ifPresent((value) -> System.out.println(“ifPresent accept ” + value));
Optional<Object> aNull = Optional.ofNullable(null);
aNull.ifPresent(value -> System.out.println(“this will never execute”));
}
orElse
orElse 在 Optional 值为 null 时触发，它接受一个参数，作为 Optional 的默认值。
@Test
public void condition_action_orElse() {
assertTrue(Optional.ofNullable(“java”).orElse(“javascript”).equals(“java”));
assertTrue(Optional.ofNullable(null).orElse(“java”).equals(“java”));
}
orElseGet
orElseGet 与 orElse 类似，但 orElseGet 接受的是一个 Supplier，Supplier 返回的值作为 Optional 的默认值。
@Test
public void condition_action_orElseGet() {
assertTrue(Optional.ofNullable(“java”).orElseGet(() -> “javascript”).equals(“java”));
assertTrue(Optional.ofNullable(null).orElseGet(() -> “java”).equals(“java”));
}
orElse 和 orElseGet 的区别
orElse 和 orElseGet 的函数签名是不一样的，但如果想使用同样的函数的返回值来作为 Optional 的默认值，我们很可能会这么干：
public String getDefaultName() {
System.out.println(“You got a default name”);
return “default”;
}
@Test
public void difference_between_orElse_and_orElseGet() {
Optional<String> java = Optional.of(“java”);
System.out.println(“orElse:”);
assertEquals(“java”, java.orElse(getDefaultName()));
System.out.println(“orElseGet:”);
assertEquals(“java”, java.orElseGet(this::getDefaultName));
}
若 java 是 null，则 orElse 和 orElseGet 没有什么不同，getDefaultName 方法都会执行并将返回值作为 Optional 的默认值。
当在上面的例子中，java 非 null，这时 orElse 的 getDefaultName 还是会执行，但 orElseGet 不会。输出：
orElse:
You got a default name
orElseGet:
当 getDefaultName 中有副作用或耗时操作时需要注意。
orElseThrow
orElseThrow 与 orElse 一样也在当 Optional 值为 null 时触发，但与之不同的是会抛出指定的异常：
@Test(expected = IllegalArgumentException.class)
public void condition_action_orElseThrow() {
Optional.ofNullable(null).orElseThrow(IllegalArgumentException::new);
}
or
or 是 Java 9 中新增方法。与 orElseGet 很相似，or 也接受一个 Supplier，但 or 返回的是一个新的 Optional。
@Test
public void condition_or_optional() {
Optional<String> java = Optional.of(“java”)
.or(() -> Optional.of(“javascript”));
Optional<Object> java1 = Optional.empty()
.or(() -> Optional.of(“java”));
assertEquals(“java”, java.get());
assertEquals(“java”, java1.get());
}
ifPresentOrElse
ifPresentOrElse 是 Java 9 中新增的方法。ifPresent 就如同命令式编程中的 if-else，它接受两个参数，第一个为 Consumer，在 Optional 有值时调用，第二个为 Runnable，在无值时调用：
@Test
public void condition_ifPresentOrElse() {
// value is java
Optional.of(“java”)
.ifPresentOrElse(value -> System.out.println(“value is ” + value), () -> System.out.println(“ooops”));
// ooops
Optional.empty()
.ifPresentOrElse(value -> System.out.println(“value is ” + value), () -> System.out.println(“ooops”));
}
获取值
Optional 提供了一个 get 方法获取值，但 get 方法只能在 Optional 有值时使用，否则会抛出 NoSuchElementException 异常：
@Test
public void get_optional_with_of() {
Optional<String> java = Optional.of(“Java”);
assertEquals(“java”, java.get());
}
@Test(expected = NoSuchElementException.class)
public void get_optional_with_of_with_null() {
Optional.empty().get();
}
验证值
filter 方法用来验证 Optional 的值是否符合条件，它接受一个 Predicate 作为参数。如果 Optional 的值为 null 或 Predicate 判断不通过，则返回 empty；否则返回该 Optional。
@Test
public void test_optional_by_filter() {
Integer nullYear = null;
Optional<Integer> integer = Optional.ofNullable(nullYear)
.filter(value -> value == 2018);
assertEquals(Optional.empty(), integer);
Integer year = 2019;
Optional<Integer> integer1 = Optional.ofNullable(year)
.filter(value -> value == 2018);
assertEquals(Optional.empty(), integer1);
Optional<Integer> integer2 = Optional.ofNullable(year)
.filter(value -> value == 2019);
assertEquals(“Optional[2019]”, integer2.toString());
}
filter 相对传统 if 而言省去了很多样板代码，如：
public boolean priceIsInRange1(Modem modem) {
boolean isInRange = false;
if (modem != null && modem.getPrice() != null
&& (modem.getPrice() >= 10
&& modem.getPrice() <= 15)) {
isInRange = true;
}
return isInRange;
}
使用 Optional 实现同样的方法：
public boolean priceIsInRange2(Modem modem2) {
return Optional.ofNullable(modem2)
.map(Modem::getPrice)
.filter(p -> p >= 10)
.filter(p -> p <= 15)
.isPresent();
}
处理值
处理值的方式有 map 和 flatMap。
map
使用 map 可以对 Optional 中的值进行处理并返回。
@Test
public void map_optional() {
Optional<String> java = Optional.of(“java”);
String result = java.map(String::toUpperCase).orElse(“”);
assertEquals(“JAVA”, result);
}
flatMap
flatMap 与 map 的区别在于 map 处理值后会包装返回值，而 flatMap 不包装。
public class Person {
private String name;
public Person(String name) {
this.name = name;
}
public Optional<String> getName() {
return Optional.ofNullable(name);
}
}
@Test
public void flatMap_optional() {
Person person = new Person(“john”);
Optional<Person> personOptional = Optional.of(person);
String byMap = personOptional.map(Person::getName)
// 需要手动打开包装
.orElse(Optional.empty())
.orElse(“”);
String byFlatMap = personOptional.flatMap(Person::getName)
.orElse(“”);
assertEquals(“john”, byMap);
assertEquals(“john”, byFlatMap);
}
流操作
在 Java 9 中，新增了 stream 方法，可以对 Optional 创建 stream，然后可以使用 stream 上的所有方法。
如果 Optional 为 empty，则创建一个 empty 的 stream。
@Test
public void treat_optional_as_stream() {
List<String> collect = Optional.of(“java”)
.stream()
.map(value -> value.concat(“script”))
.collect(Collectors.toList());
assertArrayEquals(new String[]{“javascript”}, collect.toArray());
// empty optional
Optional<String> value = Optional.empty();
List<String> emptyStream = value.stream()
.map(String::toUpperCase)
.collect(Collectors.toList());
assertEquals(0, emptyStream.size());
}
所以使用 stram 也可以筛出非 null 的 Optional 的值：
@Test
public void filter_empty_by_stream() {
List<Optional<String>> languages = List.of(Optional.of(“java”), Optional.empty(), Optional.empty(), Optional.of(“javascript”));
List<String> collect = languages.stream()
.flatMap(Optional::stream)
.collect(Collectors.toList());
assertArrayEquals(new String[]{“java”, “javascript”}, collect.toArray());
}
参考
Tired of Null Pointer Exceptions? Consider Using Java SE 8’s Optional!
Guide To Java 8 Optional
Java 9 Optional API Additions
Filtering a Stream of Optionals in Java