從Java8 引入的一個(gè)很有趣的特性是Optional類。Optional類主要解決的問(wèn)題是臭名昭著的空指針異常(NullPointerException) —— 每個(gè) Java 程序員都非常了解的異常。

本質(zhì)上，這是一個(gè)包含有可選值的包裝類，這意味著 Optional 類既可以含有對(duì)象也可以為空。

Optional 是 Java 實(shí)現(xiàn)函數(shù)式編程的強(qiáng)勁一步，并且?guī)椭诜妒街袑?shí)現(xiàn)。但是 Optional 的意義顯然不止于此。

我們從一個(gè)簡(jiǎn)單的用例開始。在 Java 8 之前，任何訪問(wèn)對(duì)象方法或?qū)傩缘恼{(diào)用都可能導(dǎo)致 NullPointerException ：

String isocode = user.getAddress().getCountry().getIsocode().toUpperCase(); 

在這個(gè)小示例中，如果我們需要確保不觸發(fā)異常，就得在訪問(wèn)每一個(gè)值之前對(duì)其進(jìn)行明確地檢查：

if (user != null) { 
    Address address = user.getAddress(); 
    if (address != null) { 
        Country country = address.getCountry(); 
        if (country != null) { 
            String isocode = country.getIsocode(); 
            if (isocode != null) { 
                isocode = isocode.toUpperCase(); 
            } 
        } 
    } 
} 

你看到了，這很容易就變得冗長(zhǎng)，難以維護(hù)。

為了簡(jiǎn)化這個(gè)過(guò)程，我們來(lái)看看用 Optional 類是怎么做的。從創(chuàng)建和驗(yàn)證實(shí)例，到使用其不同的方法，并與其它返回相同類型的方法相結(jié)合，下面是見證 Optional 奇跡的時(shí)刻。

創(chuàng)建 Optional 實(shí)例

重申一下，這個(gè)類型的對(duì)象可能包含值，也可能為空。你可以使用同名方法創(chuàng)建一個(gè)空的 Optional。

@Test(expected = NoSuchElementException.class) 
public void whenCreateEmptyOptional_thenNull() { 
    Optional<User> emptyOpt = Optional.empty(); 
    emptyOpt.get(); 
} 

毫不奇怪，嘗試訪問(wèn) emptyOpt 變量的值會(huì)導(dǎo)致 NoSuchElementException 。

你可以使用 of() 和 ofNullable() 方法創(chuàng)建包含值的 Optional 。兩個(gè)方法的不同之處在于如果你把 null 值作為參數(shù)傳遞進(jìn)去， of() 方法會(huì)拋出 NullPointerException ：

@Test(expected = NullPointerException.class) 
public void whenCreateOfEmptyOptional_thenNullPointerException() { 
    Optional<User> opt = Optional.of(user); 
} 

你看，我們并沒(méi)有完全擺脫 NullPointerException 。因此，你應(yīng)該明確對(duì)象不為 null 的時(shí)候使用 of() 。

如果對(duì)象即可能是 null 也可能是非 null，你就應(yīng)該使用 ofNullable() 方法：

Optional<User> opt = Optional.ofNullable(user); 

訪問(wèn) Optional 對(duì)象的值

從 Optional 實(shí)例中取回實(shí)際值對(duì)象的方法之一是使用 get() 方法：

@Test 
public void whenCreateOfNullableOptional_thenOk() { 
    String name = "John"; 
    Optional<String> opt = Optional.ofNullable(name); 
 
    assertEquals("John", opt.get()); 
} 

不過(guò)，你看到了，這個(gè)方法會(huì)在值為 null 的時(shí)候拋出異常。要避免異常，你可以選擇首先驗(yàn)證是否有值：

@Test 
public void whenCheckIfPresent_thenOk() { 
    User user = new User("john@gmail.com", "1234"); 
    Optional<User> opt = Optional.ofNullable(user); 
    assertTrue(opt.isPresent()); 
 
    assertEquals(user.getEmail(), opt.get().getEmail()); 
} 

檢查是否有值的另一個(gè)選擇是 ifPresent() 方法。該方法除了執(zhí)行檢查，還接受一個(gè) Consumer(消費(fèi)者 ) 參數(shù)，如果對(duì)象不是空的，就對(duì)執(zhí)行傳入的 Lambda 表達(dá)式：

opt.ifPresent( u -> assertEquals(user.getEmail(), u.getEmail())); 

這個(gè)例子中，只有 user 用戶不為 null 的時(shí)候才會(huì)執(zhí)行斷言。

接下來(lái)，我們來(lái)看看提供空值的方法。

返回默認(rèn)值

Optional 類提供了 API 用以返回對(duì)象值，或者在對(duì)象為空的時(shí)候返回默認(rèn)值。

這里你可以使用的***個(gè)方法是 orElse() ，它的工作方式非常直接，如果有值則返回該值，否則返回傳遞給它的參數(shù)值：

@Test 
public void whenEmptyValue_thenReturnDefault() { 
    User user = null; 
    User user2 = new User("anna@gmail.com", "1234"); 
    User result = Optional.ofNullable(user).orElse(user2); 
 
    assertEquals(user2.getEmail(), result.getEmail()); 
} 

這里 user 對(duì)象是空的，所以返回了作為默認(rèn)值的 user2 。

如果對(duì)象的初始值不是 null，那么默認(rèn)值會(huì)被忽略：

@Test 
public void whenValueNotNull_thenIgnoreDefault() { 
    User user = new User("john@gmail.com","1234"); 
    User user2 = new User("anna@gmail.com", "1234"); 
    User result = Optional.ofNullable(user).orElse(user2); 
 
    assertEquals("john@gmail.com", result.getEmail()); 
} 

第二個(gè)同類型的 API 是 orElseGet() —— 其行為略有不同。這個(gè)方法會(huì)在有值的時(shí)候返回值，如果沒(méi)有值，它會(huì)執(zhí)行作為參數(shù)傳入的 Supplier(供應(yīng)者) 函數(shù)式接口，并將返回其執(zhí)行結(jié)果：

User result = Optional.ofNullable(user).orElseGet( () -> user2); 

orElse() 和 orElseGet() 的不同之處

乍一看，這兩種方法似乎起著同樣的作用。然而事實(shí)并非如此。我們創(chuàng)建一些示例來(lái)突出二者行為上的異同。

我們先來(lái)看看對(duì)象為空時(shí)他們的行為：

@Test 
public void givenEmptyValue_whenCompare_thenOk() { 
    User user = null 
    logger.debug("Using orElse"); 
    User result = Optional.ofNullable(user).orElse(createNewUser()); 
    logger.debug("Using orElseGet"); 
    User result2 = Optional.ofNullable(user).orElseGet(() -> createNewUser()); 
} 
 
private User createNewUser() { 
    logger.debug("Creating New User"); 
    return new User("extra@gmail.com", "1234"); 
} 

上面的代碼中，兩種方法都調(diào)用了 createNewUser() 方法，這個(gè)方法會(huì)記錄一個(gè)消息并返回 User 對(duì)象。

代碼輸出如下：

Using orElse 
Creating New User 
Using orElseGet 
Creating New User 

由此可見，當(dāng)對(duì)象為空而返回默認(rèn)對(duì)象時(shí)，行為并無(wú)差異。

我們接下來(lái)看一個(gè)類似的示例，但這里 Optional 不為空：

@Test 
public void givenPresentValue_whenCompare_thenOk() { 
    User user = new User("john@gmail.com", "1234"); 
    logger.info("Using orElse"); 
    User result = Optional.ofNullable(user).orElse(createNewUser()); 
    logger.info("Using orElseGet"); 
    User result2 = Optional.ofNullable(user).orElseGet(() -> createNewUser()); 
} 

這次的輸出：

Using orElse 
Creating New User 
Using orElseGet 

這個(gè)示例中，兩個(gè) Optional 對(duì)象都包含非空值，兩個(gè)方法都會(huì)返回對(duì)應(yīng)的非空值。不過(guò)， orElse() 方法仍然創(chuàng)建了 User 對(duì)象。 與之相反， orElseGet() 方法不創(chuàng)建 User 對(duì)象。

在執(zhí)行較密集的調(diào)用時(shí)，比如調(diào)用 Web 服務(wù)或數(shù)據(jù)查詢， 這個(gè)差異會(huì)對(duì)性能產(chǎn)生重大影響 。

返回異常

除了 orElse() 和 orElseGet() 方法，Optional 還定義了 orElseThrow() API —— 它會(huì)在對(duì)象為空的時(shí)候拋出異常，而不是返回備選的值：

@Test(expected = IllegalArgumentException.class) 
public void whenThrowException_thenOk() { 
    User result = Optional.ofNullable(user) 
      .orElseThrow( () -> new IllegalArgumentException()); 
} 

這里，如果 user 值為 null，會(huì)拋出 IllegalArgumentException 。

這個(gè)方法讓我們有更豐富的語(yǔ)義，可以決定拋出什么樣的異常，而不總是拋出 NullPointerException 。

現(xiàn)在我們已經(jīng)很好地理解了如何使用 Optional，我們來(lái)看看其它可以對(duì) Optional 值進(jìn)行轉(zhuǎn)換和過(guò)濾的方法。

轉(zhuǎn)換值

有很多種方法可以轉(zhuǎn)換 Optional 的值。我們從 map() 和 flatMap() 方法開始。

先來(lái)看一個(gè)使用 map() API 的例子：

@Test 
public void whenMap_thenOk() { 
    User user = new User("anna@gmail.com", "1234"); 
    String email = Optional.ofNullable(user) 
      .map(u -> u.getEmail()).orElse("default@gmail.com"); 
 
    assertEquals(email, user.getEmail()); 
} 

map() 對(duì)值應(yīng)用(調(diào)用)作為參數(shù)的 函數(shù) ，然后將返回的值包裝在 Optional 中。 這就使對(duì)返回值進(jìn)行鏈試調(diào)用的操作成為可能 —— 這里的下一環(huán)就是 orElse() 。

相比這下， flatMap() 也需要 函數(shù) 作為參數(shù)，并對(duì)值調(diào)用這個(gè)函數(shù)，然后直接返回結(jié)果。

下面的操作中，我們給 User 類添加了一個(gè)方法，用來(lái)返回 Optional ：

public class User {     
    private String position; 
 
    public Optional<String> getPosition() { 
        return Optional.ofNullable(position); 
    } 
 
    //... 
} 

既然 getter 方法返回 String 值的 Optional ，你可以在對(duì) User 的 Optional 對(duì)象調(diào)用 flatMap() 時(shí)，用它作為參數(shù)。其返回的值是解除包裝的 String 值：

@Test 
public void whenFlatMap_thenOk() { 
    User user = new User("anna@gmail.com", "1234"); 
    user.setPosition("Developer"); 
    String position = Optional.ofNullable(user) 
      .flatMap(u -> u.getPosition()).orElse("default"); 
 
    assertEquals(position, user.getPosition().get()); 
} 

過(guò)濾值

除了轉(zhuǎn)換值之外， Optional 類也提供了按條件“過(guò)濾”值的方法。

filter() 接受一個(gè) Predicate 參數(shù) ，返回測(cè)試結(jié)果為 true 的值。如果測(cè)試結(jié)果為 false，會(huì)返回一個(gè)空的 Optional 。

來(lái)看一個(gè)根據(jù)基本的電子郵箱驗(yàn)證來(lái)決定接受或拒絕 User (用戶) 的示例：

@Test 
public void whenFilter_thenOk() { 
    User user = new User("anna@gmail.com", "1234"); 
    Optional<User> result = Optional.ofNullable(user) 
      .filter(u -> u.getEmail() != null && u.getEmail().contains("@")); 
 
    assertTrue(result.isPresent()); 
} 

如果通過(guò)過(guò)濾器測(cè)試， result 對(duì)象會(huì)包含非空值。