Doug Lea 是一位美國的計算機科學家，他是 Java 平臺的并發(fā)和集合框架的主要設計者之一。他在 2014 年的一篇文章中說過：“Null sucks.”1，意思是 null 很糟糕。他認為 null 是一種不明確的表示，它既可以表示一個值不存在，也可以表示一個值未知，也可以表示一個值無效。這樣就會導致很多邏輯錯誤和空指針異常，給程序員帶來很多麻煩。他建議使用 Optional 類來封裝可能為空的值，從而提高代碼的可讀性和健壯性。

"發(fā)明 null 引用是我的十億美元錯誤。" - Sir C. A. R. Hoare。

Sir C. A. R. Hoare 是一位英國的計算機科學家，他是快速排序算法、Hoare 邏輯和通信順序進程等重要概念的發(fā)明者。他在 2009 年的一個軟件會議上道歉說：“I call it my billion-dollar mistake. It was the invention of the null reference in 1965.”，意思是他把 null 引用稱為他的十億美元錯誤。他說他在 1965 年設計 ALGOL W 語言時，引入了 null 引用的概念，用來表示一個對象變量沒有指向任何對象。他當時認為這是一個很簡單和自然的想法，但后來發(fā)現(xiàn)這是一個非常糟糕的設計，因為它導致了無數(shù)的錯誤、漏洞和系統(tǒng)崩潰。他說他應該使用一個特殊的對象來表示空值，而不是使用 null。

自作者從事 Java 編程一來，就與 null 引用相伴，與 NullPointerException 相遇已經(jīng)是家常便飯了。

null 引用是一種表示一個對象變量沒有指向任何對象的方式，它是 Java 語言中的一個特殊值，也是導致空指針異常（NullPointerException）的主要原因。雖然 null 引用可以用來表示一個值不存在或未知，也可以用來節(jié)省內存空間。但是它也不符合面向對象的思想，因為它不是一個對象，不能調用任何方法或屬性。

可以看到，null 引用并不好，我們應該盡量避免使用 null，那么我們該怎么避免 null 引用引起的邏輯錯誤和運行時異常嘞？

其實這個問題 Java 的設計者也知道，于是他們在 Java8 之后設計引入了 Optional 類解決這個問題，本文將給大家詳細介紹下 Optional 類的設計目的以及使用方法。

圖片

Optional 類是什么？

Optional 類是 java 8 中引入的一個新的類，它的作用是封裝一個可能為空的值，從而避免空指針異常（NullPointerException）。Optional 類可以看作是一個容器，它可以包含一個非空的值，也可以為空。Optional 類提供了一些方法，讓我們可以更方便地處理可能為空的值，而不需要顯式地進行空值檢查或者使用 null。

Optional 類的設計

Optional 類的設計是基于函數(shù)式編程的思想，它借鑒了 Scala 和 Haskell 等語言中的 Option 類型。Optional 類實現(xiàn)了 java.util.function 包中的 Supplier、Consumer、Predicate、Function 等接口，這使得它可以和 lambda 表達式或者方法引用一起使用，形成更簡潔和優(yōu)雅的代碼。

Optional 類是一個不可變的類，它有兩個子類：Optional.empty 和 Optional.of。Optional.empty 表示一個空的 Optional 對象，它不包含任何值。Optional.of 表示一個非空的 Optional 對象，它包含一個非空的值。我們可以使用這兩個靜態(tài)方法來創(chuàng)建 Optional 對象。例如：

// 創(chuàng)建一個空的 Optional 對象
Optional<String> empty = Optional.empty();

// 創(chuàng)建一個非空的 Optional 對象
Optional<String> hello = Optional.of("Hello");

注意，如果我們使用 Optional.of 方法傳入一個 null 值，會拋出 NullPointerException。如果我們不確定一個值是否為空，可以使用 Optional.ofNullable 方法，它會根據(jù)值是否為空，返回一個相應的 Optional 對象。例如：

// 創(chuàng)建一個可能為空的 Optional 對象
Optional<String> name = Optional.ofNullable(getName());

Optional 類的使用方法

Optional 類提供了一些方法，讓我們可以更方便地處理可能為空的值，而不需要顯式地進行空值檢查或者使用 null。以下是一些常用的方法：

• isPresent()：判斷 Optional 對象是否包含一個非空的值，返回一個布爾值。
• get()：如果 Optional 對象包含一個非空的值，返回該值，否則拋出 NoSuchElementException 異常。

// 使用 isPresent 和 get 方法
Optional<String> name = Optional.ofNullable("tom");
if (name.isPresent()) {
    System.out.println("Hello, " + name.get());
} else {
    System.out.println("Name is not available");
}
// 輸出：Hello tom

• ifPresent(Consumer<? super T> action)：如果 Optional 對象包含一個非空的值，執(zhí)行給定的消費者操作，否則什么也不做。

// 使用 ifPresent(Consumer<? super T> action)
Optional<String> name = Optional.ofNullable("tom");
name.ifPresent(s -> {
    System.out.println("Hello, " + name.get());
});
// 輸出：Hello tom

• orElse(T other)：如果 Optional 對象包含一個非空的值，返回該值，否則返回給定的默認值。

// 使用 orElse(T other)
Optional<String> name = Optional.ofNullable(null);
String greeting = "Hello, " + name.orElse("Guest");
System.out.println(greeting);
// 輸出：Hello Guest

• orElseGet(Supplier<? extends T> supplier)：如果 Optional 對象包含一個非空的值，返回該值，否則返回由給定的供應者操作生成的值。

// 使用 orElseGet(Supplier<? extends T> supplier)
Optional<String> name = Optional.ofNullable(null);
String greeting = "Hello, " + name.orElseGet(() -> "Guset");
System.out.println(greeting);
// 輸出：Hello Guset

• orElseThrow(Supplier<? extends X> exceptionSupplier)：如果 Optional 對象包含一個非空的值，返回該值，否則拋出由給定的異常供應者操作生成的異常。

// 使用 orElseThrow(Supplier<? extends X> exceptionSupplier)
Optional<String> name = Optional.ofNullable(null);
String greeting = "Hello, " + name.orElseThrow(() -> new NullPointerException("null"));
// 拋出 java.lang.NullPointerException: null 異常

• map(Function<? super T,? extends U> mapper)：如果 Optional 對象包含一個非空的值，對該值應用給定的映射函數(shù)，返回一個包含映射結果的 Optional 對象，否則返回一個空的 Optional 對象。

// 使用 map(Function<? super T,? extends U> mapper)
Optional<String> name = Optional.ofNullable("tom");
String greeting = "Hello, " + name.map(s -> s.toUpperCase()).get();
System.out.println(greeting);
// 輸出：Hello TOM

• flatMap(Function<? super T,Optional<U>> mapper)：如果 Optional 對象包含一個非空的值，對該值進行 mapper 參數(shù)操作，返回新的 Optional 對象，否則返回一個空的 Optional 對象。

// 使用 flatMap(Function<? super T,Optional<U>> mapper)
Optional<String> name = Optional.ofNullable("tom");
String greeting = name.flatMap(s -> Optional.of("Hello " + s)).get();
System.out.println(greeting);
// 輸出：Hello tom

• filter(Predicate<? super T> predicate)：如果 Optional 對象包含一個非空的值，并且該值滿足給定的謂詞條件，返回包含該值的 Optional 對象，否則返回一個空的 Optional 對象。

// filter(Predicate<? super T> predicate)
Optional<String> name = Optional.ofNullable("tom");
String greeting = "Hello " + name.filter(s -> !s.isEmpty()).get();
System.out.println(greeting);
// 輸出：Hello tom

Java 9 中 Optional 改進

Java 9 中 Optional 類有了一些改進，主要是增加了三個新的方法，分別是 stream()、ifPresentOrElse() 和 or()。這些方法可以讓我們更方便地處理可能為空的值，以及和流或其他返回 Optional 的方法結合使用。我來詳細講解一下這些方法的作用和用法。

• stream()：這個方法可以將一個 Optional 對象轉換為一個 Stream 對象，如果 Optional 對象包含一個非空的值，那么返回的 Stream 對象就包含這個值，否則返回一個空的 Stream 對象。這樣我們就可以利用 Stream 的各種操作來處理 Optional 的值，而不需要顯式地判斷是否為空。我們可以用 stream() 方法來過濾一個包含 Optional 的列表，只保留非空的值，如下所示：

List<Optional<String>> list = Arrays.asList(
        Optional.empty(),
        Optional.of("A"),
        Optional.empty(),
        Optional.of("B")
);

// 使用 stream() 方法過濾列表，只保留非空的值
List<String> filteredList = list.stream()
        .flatMap(Optional::stream)
        .collect(Collectors.toList());

System.out.println(filteredList);
// 輸出 [A, B]

• ifPresentOrElse()：這個方法可以讓我們在 Optional 對象包含值或者為空時，執(zhí)行不同的操作。它接受兩個參數(shù)，一個是 Consumer 類型的 action，一個是 Runnable 類型的 emptyAction。如果 Optional 對象包含一個非空的值，那么就執(zhí)行 action.accept(value)，如果 Optional 對象為空，那么就執(zhí)行 emptyAction.run()。這樣我們就可以避免使用 if-else 語句來判斷 Optional 是否為空，而是使用函數(shù)式編程的方式來處理不同的情況。我們可以用 ifPresentOrElse() 方法來打印 Optional 的值，或者提示不可用，如下所示 ：

Optional<Integer> optional = Optional.of(1);
optional.ifPresentOrElse(
    x -> System.out.println("Value: " + x),
    () -> System.out.println("Not Present.")
);

optional = Optional.empty();
optional.ifPresentOrElse(
    x -> System.out.println("Value: " + x),
    () -> System.out.println("Not Present.")
);

// 輸出：Value: 1
// 輸出：Not Present.

• or()：這個方法可以讓我們在 Optional 對象為空時，返回一個預設的值。它接受一個 Supplier 類型的 supplier，如果 Optional 對象包含一個非空的值，那么就返回這個 Optional 對象本身，如果 Optional 對象為空，那么就返回 supplier.get() 返回的 Optional 對象。這樣我們就可以避免使用三元運算符或者其他方式來設置默認值，而是使用函數(shù)式編程的方式來提供備選值。我們可以用 or() 方法來設置 Optional 的默認值，如下所示：

Optional<String> optional = Optional.of("Hello ");
Supplier<Optional<String>> supplier = () -> Optional.of("tom");
optional = optional.or(supplier);
optional.ifPresent(x -> System.out.println(x));

optional = Optional.empty();
optional = optional.or(supplier);
optional.ifPresent(x -> System.out.println(x));

// 輸出：Hello 
// 輸出：tom

最后

總結一下使用 Optional 類的幾個好處：

1. 可以避免空指針異常，提高代碼的健壯性和可讀性。
2. 可以減少顯式的空值檢查和 null 的使用，使代碼更簡潔和優(yōu)雅。
3. 可以利用函數(shù)式編程的特性，實現(xiàn)更靈活和高效的邏輯處理。
4. 可以提高代碼的可測試性，方便進行單元測試和集成測試。

總之，Optional 類是一個非常有用的類，它可以幫助我們更好地處理可能為空的值，提高代碼的質量和效率。所以我強烈推薦你在 Java 開發(fā)中使用 Optional 類，你會發(fā)現(xiàn)它的魅力和好處。